[發(fā)明專利]一種CPU串行程序移植到MIC平臺(tái)的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310517767.7
• 申請(qǐng)日: 2013-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN103530132A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣勇;沈鉑;盧曉偉;吳紹華;張清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F9/44
• 分類號(hào): G06F9/44
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• 代理人: 暫無(wú)信息

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算領(lǐng)域、并行計(jì)算領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)CPU串行程序移植到MIC平臺(tái)的方法。

背景技術(shù)

MIC(Many?Integrated?Core)是Intel公司推出的眾核處理器，跟通用的多核至強(qiáng)處理器相比，MIC眾核架構(gòu)具有更小的內(nèi)核和硬件線程，眾核處理器計(jì)算資源密度更高，片上通信開銷顯著降低，更多的晶體管和能量，能夠勝任更為復(fù)雜的并行應(yīng)用。

Intel?MIC產(chǎn)品基于X86架構(gòu)，基于重核的眾核處理器，包含50個(gè)以上的核心，以及512bit的向量位寬，雙精性能超過(guò)1TFlops。

Intel?MIC產(chǎn)品采用PCI-E的方式與主板連接，如圖1所示，因此MIC做計(jì)算時(shí)需要先把數(shù)據(jù)由CPU內(nèi)存?zhèn)鬟f到MIC內(nèi)存中。另外，MIC作為眾核處理器，并行線程數(shù)較多，與CPU平臺(tái)上的并行方式有很大的不同，正確的MIC并行程序開發(fā)過(guò)程將獲得快速、高效的結(jié)果，否則將不能有效地、合理地利用MIC加速。

可見，為實(shí)現(xiàn)MIC并行程序開發(fā)的需求，需要一種快速、有效地實(shí)現(xiàn)CPU串行程序移植到MIC平臺(tái)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種快速、有效地CPU串行程序移植到MIC平臺(tái)的方法，提高M(jìn)IC并行程序開發(fā)效率，降低MIC并行程序開發(fā)周期，該方法按照先修改CPU串行程序后移植到MIC平臺(tái)的原理，把需要在MIC上做的工作盡量先在CPU平臺(tái)上修改，降低了程序的開發(fā)難度，同時(shí)有利用bug的調(diào)試。可以分為以下步驟：

（1）??CPU串行程序分析

對(duì)于CPU串行程序，首先需要測(cè)試串行程序中的熱點(diǎn)函數(shù)，以及分析熱點(diǎn)函數(shù)的并行性：

a)??熱點(diǎn)測(cè)試

根據(jù)時(shí)間的測(cè)試結(jié)果確定熱點(diǎn)函數(shù)，作為后面移植的重點(diǎn)代碼模塊。

b)??并行性分析

找出熱點(diǎn)代碼后，需要分析熱點(diǎn)部分的算法、數(shù)據(jù)特點(diǎn)，根據(jù)算法和數(shù)據(jù)的特點(diǎn)分析其是否可以并行，確定其并行性。

c)??確定MIC內(nèi)核使用的數(shù)組

根據(jù)對(duì)串行程序的分析，確定哪些模塊需要移植到MIC平臺(tái)上運(yùn)行，對(duì)于需要運(yùn)行上MIC平臺(tái)上的代碼內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定數(shù)組在代碼中的什么位置傳遞到MIC上，傳遞的方向是in、out、還是inout，以及每次傳遞時(shí)的大小等信息。

（2）??仿MIC格式的CPU串行程序

MIC程序相對(duì)CPU程序比較復(fù)雜，當(dāng)出現(xiàn)bug時(shí)，調(diào)試的難度也要比CPU程序大很多，為了降低MIC程序開發(fā)難度和周期，可以把一些MIC上的移植工作提前在CPU平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，具體涉及下面幾個(gè)方面：

a)??修改成可并行算法

對(duì)于CPU串行程序，有些代碼理論上可以并行，但經(jīng)過(guò)CPU版本的優(yōu)化之后導(dǎo)致代碼不能直接并行化，這時(shí)需要根據(jù)并行算法的要求修改原程序，改成可并行的模式；有些模塊理論上是可以并行的，但串行算法無(wú)法直接并行化，需要重新設(shè)計(jì)并行算法。

b)??數(shù)組修改

根據(jù)MIC并行程序?qū)?shù)組格式的要求對(duì)串行程序中的數(shù)組進(jìn)行修改。

根據(jù)前面幾條的修改方式，對(duì)原CPU程序修改成一個(gè)仿MIC格式的CPU串行程序，為后面的移植工作做大量的準(zhǔn)備，這樣有利于后面MIC程序的開發(fā)和調(diào)試。

（3）??CPU平臺(tái)OpenMP版本程序

基于CPU多核平臺(tái)和步驟2得到的串行程序利用OpenMP并行編程模型實(shí)現(xiàn)其OpenMP并行程序，并保證其結(jié)果的正確性。

為了滿足程序往MIC平臺(tái)的移植，設(shè)計(jì)CPU版本的OpenMP程序需要充分考慮擴(kuò)展性，因?yàn)椋琈CI平臺(tái)需要設(shè)置數(shù)百個(gè)線程，而CPU平臺(tái)僅幾十個(gè)線程。

（4）??MIC并行程序基本版本

根據(jù)對(duì)原程序數(shù)組的分析，把CPU平臺(tái)上的OpenMP版本程序移植到MIC平臺(tái)，主要包括：

a)??實(shí)現(xiàn)Offload語(yǔ)句

根據(jù)對(duì)數(shù)組的分析，完成offload語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和MIC內(nèi)核的調(diào)用。

b)??修改OpenMP線程數(shù)

根據(jù)MIC核的數(shù)目設(shè)計(jì)OpenMP的線程數(shù)，充分利用MIC的計(jì)算資源。

（5）??MIC并行程序優(yōu)化版本

根據(jù)步驟4實(shí)現(xiàn)的基本版本的MIC并行程序，利用MIC的優(yōu)化技術(shù)進(jìn)一步提高并行程序的性能，主要優(yōu)化包括兩個(gè)方面：通信優(yōu)化和內(nèi)核優(yōu)化。

a)??MIC通信優(yōu)化