最大互信息系数的并行计算方法研究

针对最大互信息系数（Maximal Information Coefficient,MIC）近似算法在大规模数据场景下的计算时间复杂度高,计算时间增长快的问题,提出一种最大互信息系数并行计算（The Parallel Computing Maximal Information Coefficient,PCMIC）方法。分别在Spark和Spark-消息传递接口（Message Passing Interface,MPI）计算框架中,在不同的数据规模和不同的噪声水平下,利用PCMIC算法对十四种典型的相关关系做并行计算。另外在不同节点数的情况下,选择两种具有代表性的相关关系来测试PCMIC算法在两种计算框架中的性能。实验结果表明：（1）PCMIC算法在两种框架下的运算效果与原始MIC近似算法相比,同样具有普适性和均匀性,而且具有良好的可扩展性。（2）随着数据规模和节点数的增加,PCMIC算法在两种框架中运算的时间增长明显比MIC近似算法慢,而且在Spark-MPI框架下的并行加速比和效率略优于Spark。（3）Spark能够支持MPI任务的调度,为研究不同并行计算框架之间的融合奠定了一定的理论和应用基础。     

Parallel computing of Ocean General Circulation Model

This paper discusses the parallel computing of the third generation Ocean General Circulation Model (OGCM) from the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Science and Geophysical Fluid Dynamics (LASG), Institute of Atmosphere Physics (IAP). Meanwhile, several optimization strategies for parallel computing of OGCM (POGCM) on Scalable Shared Memory Multiprocessor (S2MP) are presented. Using Message Passing Interface (MPI), we obtain super linear speedup on SGI Origin 2000 for parallel OGCM (POGCM) after optimization.     

Memory Access Optimization of Molecular Dynamics Simulation Software Crystal-MD on Sunway Taihu Light

The radiation damage effect of key structural materials is one of the main research subjects of the numerical reactor. From the perspective of experimental safety and feasibility, Molecular Dynamics(MD) in the materials field is an ideal method for simulating the radiation damage of structural materials. The Crystal-MD represents a massive parallel MD simulation software based on the key material characteristics of reactors. Compared with the Large-scale Atomic/Molecurlar Massively Parallel Simulator(LAMMPS) and ITAP Molecular Dynamics(IMD)software, the Crystal-MD reduces the memory required for software operation to a certain extent, but it is very time-consuming. Moreover, the calculation results of the Crystal-MD have large deviations, and there are also some problems, such as memory limitation and frequent communication during its migration and optimization. In this paper, in order to solve the above problems, the memory access mode of the Crystal-MD software is studied.Based on the memory access mode, a memory access optimization strategy is proposed for a unique architecture of China's supercomputer Sunway Taihu Light. The proposed optimization strategy is verified by the experiments, and experimental results show that the running speed of the Crystal-MD is increased significantly by using the proposed optimization strategy.     

基于MPI/OPENMP混合编程的三维粒子模拟并行优化

针对MPI、OPENMP并行程序各自存在的缺陷,将MPI与OPENMP结合起来,实现了MPI/OPENMP混合并行编程;通过实验对MPI、OPENMP并行程序及MPI/OPENMP混合并行编程进行了分析.实验结果表明:MPI/OPENMP混合并行编程可以大大减少通信量,其效率和加速比均优于纯MPI并行程序,克服了MPI并行程序中因粒子分布不均匀使负载不均衡而导致的程序性能下降的问题,使得可以利用集群中的更多结点来进行计算,缓解了MPI并行程序的通信延迟问题;同时,MPI/OPENMP混合并行编程克服了OPENMP并行程序依赖于单台计算机处理能力和存储空间的问题,大幅度提高了模拟规模.     

基于MPI的分形图像压缩并行算法

利用MPI提供的库函数,提出了基于MPI的分形图像压缩并行化算法,将图像的定义域块和值域块的搜索匹配过程分配给多台处理器同时执行.实验结果表明,利用MPI来进行分形图像压缩,可以缩短压缩时间,在不改变压缩比的情况下,得到较好的加速比.     

Fermi架构下的SPSO算法加速

利用新的图形处理器架构重新评估利用可编程图形处理器加速标准粒子群优化算法的可行性和有效性. 针对新的图形处理器架构进行系统分析, 在此架构下实现了标准粒子群优化算法的并行版本. 实验结果表明, 通过合理运用新的图形处理器架构, 与其他标准粒子群优化算法的并行版本相比, 取得了良好的加速比.     

改进的并行高斯全主元消去法

为减少Gauss全主元消法的运行时间，用多进程与多线程混合的方式对其进行了并行化，同时对该算法进行了改进．采用MPI并行I／O技术提高读取数据文件的速度，降低对内存的需求；采用标志数组避免了选主元后换行带来的通信开销；使用线程模型确定最优线程数，提高运行消去的速度；通过预先发布机制降低回代求解步骤的时间复杂度．实际运行结果表明，随着方程组阶数增大，加速比也逐渐增大，对于5000元的方程组，8进程同时运行，加速比可达6．68，并行效率稳定在0．85左右．这表明该算法具有可扩展性和稳定的并行效率，适用于大规模并行计算．     

A time-space optimal parallel sorting on a hypercube

In this paper we discuss a parallel sorting algorithm on a hypercube. Its time complexity isO(n logn/p) +O(n). Here,P is the number of processors avaliable and n, the amount of items to be sorted. Take the problem of time-space optimization into consideration, whenP≤O(logn), this algorithm is both time-space optimal and cost optimization. But this means only speedup isO(p) and it is not linear speedup. Therefore, we further discuss relevant parallel efficiency problems.     

基于MPI的投影法数控编程算法

提出了基于消息传递的刀位轨迹并行计算方法.该方法首先将串行计算任务合理的划分成若干并行子任务,然后动态的分配到各处理机上,能充分利用网络中空闲的计算资源,提高计算速度.分别应用于投影法和自适应投影法编程,试验结果表明该方法具有令人满意的并行加速比.     

利用确定性退火技术的并行聚类算法

划分聚类和分级聚类是两种基本的聚类手段。划分聚类常常可以转换为一个全局最优化问题 ,传统的划分聚类方法很难得到全局最优解。基于确定性退火技术 ,给出了解决划分聚类问题的一种算法 ,并给出了在集群系统上的并行化方案 ,推导出了参与并行计算的最佳处理机数目 ,给出了加速比的估算公式。通过模拟算例可知 ,该算法的特殊结构适合在机群系统上进行并行计算 ,特别对聚类点集相当大的聚类问题 ,由于任务间的通信开销与计算量相比很小 ,能够达到很好的并行效果     

Beowulf型并行计算系统的管理软件研究

基于Winsock网络通信函数和MPI并行通信函数,采用Visual Basic和Visual Fortran混合编程的方法,编写了一套针对Beowulf并行系统的管理软件.该管理软件可在任意一台节点机上,完成整个并行系统中各个节点机的状态检测、文件远程拷贝、内存驻留进程查询、速度测试、远程关机、重新启动和注销等操作.该管理软件已成功运行于一套由16台微机组成的Beowulf并行系统上,大幅度地简化了该系统的操作,提高了管理效率.     

基于MPI的二维经验模分解并行算法

针对二维经验模分解(BEMD)处理大尺寸图像耗时较长的问题,提出了一种基于MPI技术的BEMD并行算法.对BEMD串行程序中极值点选取、平面三角剖分、三角域内数值插值等几个主要部分的运行时间进行了统计,结果表明三角域内数值插值是耗时的主要部分,也是并行化的重点处理部分;随后在高性能计算平台上构建并行环境,基于MPI技术对BEMD算法的包络面生成部分实现了并行化,具体方法是先将剖分后的三角形序列按照进程数均匀划分,使整个图像分割为若干子区域并分配给相应进程,然后各进程拟合出对应子区域的上下Bezier曲面并由0进程进行合并,进而生成上下包络面;最后通过加速比等指标对该算法进行测评.结果表明,算法在30核并行执行时加速比可达20.1396,利用率为64.97%,运行效率的提升较为明显.在数据量达到原始数据的25倍时可扩展性指标为1.3975,表明该算法对大数据量的任务有很好的适应性.      

消息传递接口在偏微分方程中的并行计算

针对四冲程内燃机活塞在气缸套中的二阶运动轨迹的求解问题，提出基于消息传递接口（MPI）并行化求解非线性二阶偏微分方程，计算时用消息传递的并行编程模型对不存在数据相关的部分实施并行化。对各个模块的划分以及颗粒度的大小进行了论述。对求解问题中不同的求解精度要求和通信方式，分别在SUN工作站和上海超级计算中心神威机上进行计算，对各自的总计算时间和并行时间做了对比分析，并给出了加速比和适宜的进程数。研究表明，改进后的并行算法可以在较短的时间内得到高精度的结果，且具有很好的加速比。     

MPI并行计算性能的研究

探索了一种基于Windows系统平台的、用于实现高性能计算的MPI并行环境.采用MPI最新版本MPICH2-1.0.6作为并行计算的支撑环境,通过编制的三个具有代表性的MPI并行计算程序,并在以100M bps交换式局域网作为互连的机群上和具有双核处理器的PC机上分别进行了并行效率的实际测试,得到了预期结果,并做了相应分析.     

多核系统上任意2序列公共元素的并行查找

文章依据多核系统共享二级缓存和私有一级缓存的容量,采用数据多级分块技术、数据局部性原理和循环并行优化方法,设计了多核系统上存储高效、线程级并行、扩展性好的任意2序列公共元素的并行查找算法。结果表明,该文所给算法充分发挥了多核系统的软硬件特性,获得了良好的加速比和可扩展性。     

二维方腔内热表面张力流的格子Boltzmann方法模拟

热表面张力驱动的对流是微重力下浮区法晶体生长中熔体最重要的物质与热输运方式。采用单松弛双分布函数格子Boltzmann模型,自主开发了相应的格子Boltzmann方法的串行和MPI并行程序包,并应用该程序包对开口方腔内流体的二维热表面张力对流进行了数值模拟研究。其中串行程序合并碰撞迁移过程和引入临时数组以连续读入分布函数,相比分开碰撞迁移过程,计算性能提高了二倍;在此基础上,采用单向计算区域分区和非阻塞通信模式,实现了MPI版格子Boltzmann并行程序包开发。对比基于传统有限体积法CFD程序计算结果表明,串行和MPI并行版格子Boltzmann程序包计算结果精确可靠;并行程序具有较好的性能。     

机载设备振动环境实测数据处理并行算法

为了提高机载设备振动环境实测数据处理效率,提出了一种并行化数据处理和振动环境谱编制方法。在SMP(symmetrical multi-processing)集群系统的多级体系结构下,以Welch(改进周期图法)算法为基础,进行了振动数据处理模型的并行化分析,对于并行化过程中存在的并行I/O、负载平衡等关键问题进行了讨论,提出了相应的解决方案。最终选择基于MPI/Open MP混合方式实现了算法。在搭建的集群环境下测试表明,12核参与运算的条件下,最高加速比可以达到7.4,有效提高了运算效率。     

小型Linux集群系统的组建

并行计算广泛地应用到各个领域,基于Linux集群的MPI并行环境是一个廉价而高效的并行计算、系统.介绍了一种基于Linux集群的MPI并行计算平台的构建方法,并提出了软件的详细配置过程.     

MPI并行计算性能的研究

探索了一种基于Windows系统平台的、用于实现高性能计算的MPI并行环境.采用MPI最新版本MPICH2-1.0.6作为并行计算的支撑环境,通过编制的三个具有代表性的MPI并行计算程序,并在以100M bps交换式局域网作为互连的机群上和具有双核处理器的PC机上分别进行了并行效率的实际测试,得到了预期结果,并做了相应分析.     

纯无网格并行计算在传热方程数值模拟中的应用

考虑纯无网格并行计算在传热方程数值模拟中的应用. 首先将Taylor展开式保留到三阶导数, 拓展应用纯无网格有限点集法(FPM), 对三维热传导方程进行求解以提高数值精度； 其次引入MPI并行计算技术, 通过循环语句的并行, 采用多个CPU计算以提高计算效率, 得到一种针对三维热传导问题模拟的可靠、 高效性纯网格并行FPM算法. 在数值算例中, 先对不同区域上带不同边值条件的传热问题进行求解, 并与解析解对比, 分析给出算法的计算效率和误差； 然后用给出的并行算法对功能梯度材料中温度随时间演化过程进行模拟预测, 并与其他数值结果做比较, 以验证数值预测的可靠性.