[發(fā)明專利]一種基于異構(gòu)多核芯片的細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算并行處理裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210105722.4
• 申請(qǐng)日: 2012-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN103377032A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉鵬;楊劼;顧雄禮;史冊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/38
• 分類號(hào): G06F9/38
• 代理公司: 杭州宇信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及一種基于異構(gòu)多核芯片的細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算并行處理裝置。

背景技術(shù)

自多核處理器芯片研發(fā)出來，首先用于以科學(xué)計(jì)算為主的超級(jí)計(jì)算機(jī)。由于超級(jí)計(jì)算機(jī)需要大的計(jì)算能力，本來就是由多處理器構(gòu)成，應(yīng)用的軟件是并行軟件，當(dāng)多處理器核芯片研發(fā)出來，能做到大的計(jì)算能力，應(yīng)用的軟件無需做大的更改就能方便的移植，因此能很順利的用于超級(jí)計(jì)算機(jī)。

在從事于嵌入式片上多核系統(tǒng)的應(yīng)用研究時(shí)，也需要借鑒研究超級(jí)計(jì)算機(jī)并行編程的經(jīng)驗(yàn)。從處理器體系結(jié)構(gòu)來看，根據(jù)核結(jié)構(gòu)的不同，片上多處理器可以分為同構(gòu)和異構(gòu)兩種類型。同構(gòu)多核處理器指芯片內(nèi)部所有處理器核的結(jié)構(gòu)完全相同，每個(gè)核的功能、地位完全一致，可以單獨(dú)地執(zhí)行任務(wù)，與通用單核處理器功能、結(jié)構(gòu)相近。異構(gòu)多核處理器芯片內(nèi)部包含多個(gè)功能不同的處理器核，不同的處理器核負(fù)責(zé)處理不同的任務(wù)。異構(gòu)多核處理器目前主要應(yīng)用于專用計(jì)算領(lǐng)域，如多媒體處理器、嵌入式處理器和超級(jí)機(jī)的處理器，通常包含通用處理器和專門用于計(jì)算加速的處理器，如數(shù)字信號(hào)處理器，網(wǎng)絡(luò)處理器，流媒體處理器等，其中通用處理器通常負(fù)責(zé)多核系統(tǒng)的管理而加速處理器主要完成特定的計(jì)算任務(wù)。由于異構(gòu)片上多處理器可以根據(jù)應(yīng)用需求而采用不同的處理器核來構(gòu)建多核處理器，異構(gòu)結(jié)構(gòu)可以在性能與功耗比上達(dá)到最佳。由于細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算程序中任務(wù)計(jì)算量與通信量的比值較小，一般需要盡可能增大處理器用于計(jì)算部分的比例以達(dá)到較高效率，而異構(gòu)結(jié)構(gòu)利用通用處理器管理多核系統(tǒng)而將加速處理器解放出來專門用于計(jì)算，因此采用異構(gòu)結(jié)構(gòu)能夠保證細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算程序在片上多核系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

面向多核處理器上的并行計(jì)算問題是并行軟件開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，其關(guān)注點(diǎn)主要在于并行計(jì)算如何進(jìn)行進(jìn)程/線程的分配和調(diào)度。分配策略是將進(jìn)程分配到合理的處理器核上，由于采用異構(gòu)結(jié)構(gòu)，不同的處理器核性質(zhì)不同，在不同時(shí)刻運(yùn)行狀態(tài)不同，因此分配的合理性會(huì)影響系統(tǒng)性能。最重要和典型的幾種并行計(jì)算模型包括隨機(jī)存取并行機(jī)器(Parallel?Random?Access?Machine，PRAM)模型、整體同步并行計(jì)算模型(Bulk?Synchronous?Parallel?Computing?Model，BSP)模型和分布存儲(chǔ)的、點(diǎn)到點(diǎn)通信的多處理機(jī)模型(Latency?overhead?gap?Processor，LogP)模型。在不同的假設(shè)下，每個(gè)模型有很多擴(kuò)展。PRAM模型面向單指令流多數(shù)據(jù)流并行機(jī)，它需要并行機(jī)具有共享存儲(chǔ)，并且要求在任意時(shí)刻處理器可以訪問共享存儲(chǔ)單元，不適合分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的異構(gòu)多核平臺(tái)。BSP模型并不要求并行機(jī)的存儲(chǔ)器，可以是共享或分布機(jī)制，但針對(duì)異構(gòu)多核平臺(tái)沒有對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展。LogP模型面向分布式存儲(chǔ)器，但要求處理器間的消息傳遞機(jī)制只能是單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)的，并且要服從固定順序，不適合具有一對(duì)多消息傳遞的科學(xué)計(jì)算。

因此，目前在片上異構(gòu)多核系統(tǒng)中，對(duì)于細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算應(yīng)用的并行化實(shí)現(xiàn)并沒有一個(gè)具有針對(duì)性的解決方案，從而影響了細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算應(yīng)用在片上異構(gòu)多核系統(tǒng)中所能得到的性能。故，針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實(shí)有必要進(jìn)行研究，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，避免造成細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算應(yīng)用在片上異構(gòu)多核系統(tǒng)中所能得到的性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于異構(gòu)多核芯片的細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算并行處理裝置，用于片上異構(gòu)多核系統(tǒng)，針對(duì)細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算。通過定義科學(xué)計(jì)算類型，確定應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)之間的協(xié)議來減少科學(xué)計(jì)算在片上異構(gòu)多核系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)的計(jì)算開銷、調(diào)用開銷和通信開銷，完成對(duì)細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算在片上異構(gòu)多核系統(tǒng)上的并行化和性能調(diào)優(yōu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于異構(gòu)多核芯片的細(xì)粒度科學(xué)計(jì)算并行處理裝置，應(yīng)用于包括一個(gè)主核和至少一個(gè)從核的異構(gòu)多核芯片，包括接口模塊，記錄模塊，對(duì)象分配模塊和代理管理器模塊，

所述接口模塊運(yùn)行在主核上，用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)之間的協(xié)議，根據(jù)對(duì)象的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系生成任務(wù)類型標(biāo)識(shí)FLAG，并傳入所述記錄模塊；

所述記錄模塊運(yùn)行在主核上，用于記錄應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)之間協(xié)議中定義的關(guān)于對(duì)象的信息，記錄包括按照數(shù)據(jù)流模型確定的任務(wù)類型標(biāo)識(shí)FLAG和后續(xù)對(duì)象目的處理器編號(hào)TaskDest；

所述對(duì)象分配模塊運(yùn)行在主核上，用于初始化時(shí)對(duì)象的分配，所述對(duì)象分配模塊根據(jù)FLAG值和TaskDest將任務(wù)分配到對(duì)應(yīng)的從核上，并更新對(duì)應(yīng)從核上的代理管理器的對(duì)象表中的FLAG和TaskDest；