[發明專利]面向申威眾核架構的稀疏矩陣存儲方法

在審

• 申請號: 201910898286.2
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN112540718A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 陳德訓;李芳;趙朋朋;劉鑫;徐金秀;孫唯哲;陳鑫;郭恒
• 申請（專利權）人: 無錫江南計算技術研究所
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 王健

本發明公開一種面向申威眾核架構的稀疏矩陣存儲方法，所述眾核處理器由4個異構群構成，每個異構群包括一個主核、64個從核構成的從核簇、異構群接口和存儲控制器，整芯片有260個計算核心；所述稀疏矩陣存儲格式包括以下步驟：S1、將稀疏矩陣按行在申威眾核處理器的核組陣列上分組，每個從核分到的若干行為一組，將64個從核分為64組；S2、對每組內的稀疏矩陣非零元素按列壓縮存儲，通過保存稀疏矩陣每列包含的非零元數量而對列坐標進行壓縮，需要保存列索引、行坐標和非零元值，完成存儲。本發明能夠為應用軟件基于眾核處理器的全過程求解提供一種統一的數據組織形式，從而提高該類問題對申威眾核架構適應性。

技術領域

本發明屬于科學計算技術領域，尤其涉及一種面向申威眾核架構的稀疏矩陣存儲方法。

背景技術

稀疏矩陣是自然科學和社會科學中許多領域進行數值模擬計算時的關鍵數據結構和性能瓶頸。由于稀疏矩陣中非零元極其稀少，所以一定不能將稀疏矩陣按照一般的稠密矩陣存儲方式用二維數組保存。目前為止，已經有相當多的工作討論如何保存一個稀疏矩陣，最基礎的存儲法方式COO（坐標列表，Coordinatelist）、CSR（稀疏行壓縮，CompressSparse Row）、CSC（稀疏列壓縮，CompressSparse Column）和ELLPACK等。

近些年，基于眾核處理器的異構架構高性能計算平臺逐漸成為主流，處理器核數增多，向量化長度增大，緩存級數和能力增強。在新的計算機架構下，面向多核CPU的傳統稀疏矩陣應用無法隨著硬件性能提升而“水漲船高”，必須基于申威眾核處理器，研究新的稀疏矩陣存儲方式以及相應的并行算法。

基于GPU，逐漸出現HYB混合格式、ELL-R方法、ELL方法、CSMR格式、BCCOO格式等新的稀疏矩陣存儲格式和算法，但這些格式和算法均不適合申威眾核架構。為了提高稀疏矩陣算法基于申威眾核處理器的計算性能，需要研究一種新的稀疏矩陣存儲格式。

按照傳統存儲格式保存的大型稀疏矩陣，使用眾核處理器進行矩陣操作時，將面臨離散訪存、寫沖突、數據復用性差以及負載不均衡問題等問題。一些基于申威眾核架構的應用軟件針對其特定稀疏矩陣特點對某個稀疏矩陣操作進行了局部優化，該稀疏矩陣操作結束后需還原成原來的矩陣格式，一方面矩陣存儲類型的轉換開銷不可避免，另一方面破壞了應用軟件的整體性。

發明內容

本發明目的在于提供一種面向申威眾核架構的稀疏矩陣存儲方法，該稀疏矩陣存儲格式能夠為應用軟件基于眾核處理器的全過程求解提供一種統一的數據組織形式，從而提高該類問題對申威眾核架構適應性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種面向申威眾核架構的稀疏矩陣存儲方法，所述眾核處理器由4個異構群構成，每個異構群包括一個控制核心、64個計算核心構成的從核簇、異構群接口和存儲控制器，整個眾核處理器有260個計算核心；

所述稀疏矩陣存儲格式包括以下步驟：

S1、將稀疏矩陣按行在申威眾核處理器的核組陣列上分組：設稀疏矩陣行數為N，核組陣列的計算核心為64，每個計算核心分到的行數為64/N，順序分配；

S2、對組內的稀疏矩陣非零元素按列壓縮存儲，通過保存稀疏矩陣每列包含的非零元數量而對列坐標進行壓縮，需要保存列偏移Col_p、行坐標Row_i和非零元值Value；

S21、按列的順序記錄矩陣中每個非零元素：

S211、記錄每一列第一個非零元的列偏移Col_p，并在列偏移的最后補充矩陣總的非零元個數；

S212、記錄每個非零元素的行坐標Row_i；

S213、記錄每個非零元素的值Value。

上述技術方案中進一步改進的技術方案如下：

1. 上述方案中，所述計算核心主要負責細粒度并行的計算任務，計算核心可以直接離散訪問主存，也可以通過DMA方式批量訪問主存，眾核陣列內可以通過寄存器通信方式進行高效通信。