華中科技大學在至強融核上實現(xiàn)6萬倍加速比
江南 發(fā)表于：13年05月09日 14:13 [來稿] DOIT.com.cn
日前，在2013亞洲大學生超級計算機競賽（ASC13）總決賽上，華中科技大學在基于英特爾集成眾核(MIC)架構的英特爾至強融核協(xié)處理器上，成功對計算金融BSDE應用進行了優(yōu)化，該應用優(yōu)化后，與優(yōu)化前的CPU串行程序狀態(tài)相比，性能實現(xiàn)了6萬倍的提升，震驚海內(nèi)外超算界，當之無愧獲得“MIC應用優(yōu)化獎”。據(jù)悉，6萬加速比的結果有300多倍來自并行化、向量化、訪存等優(yōu)化，200多倍來自算法的優(yōu)化，充分展示了年輕大學生的創(chuàng)新能力和對應用的深度了解。
ASC全稱Asia Student Supercomputer challenge,是與美國SC、德國ISC大學生超算大賽并駕齊驅的全球三大超算賽事之一，該賽事是亞洲第一個國際性超算賽事，由中國倡議成立，日本、俄羅斯、韓國、新加坡、沙特阿拉伯等國家及地區(qū)的專家和機構聯(lián)合發(fā)起和組織，并由浪潮集團主辦。大賽旨在推動亞洲國家及地區(qū)間超算青年人才交流和培養(yǎng)，提升超算應用水平和研發(fā)能力，發(fā)揮超算的科技驅動力，促進亞洲科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。
據(jù)了解，華中科技大學是第一次參加同類國際比賽，與華中科技大學同場競技的高校參賽隊都堪稱翹楚，他們從43所亞洲各地區(qū)高校中被選拔出來，包括：臺灣清華大學、上海交通大學、國防科學技術大學、中山大學、華中科技大學、韓國蔚山科學技術大學、香港中文大學、圣彼得堡大學、沙特阿卜杜勒阿齊茲國王大學。其中，曾摘得德國ISC12桂冠的清華大學、連續(xù)兩屆榮獲美國SC大賽冠軍的臺灣清華大學、一度蟬聯(lián)ISC12、SC12最高計算性能獎的國防科學技術大學、還有主場作戰(zhàn)的上海交通大學等是賽前討論的熱門話題。
根據(jù)大賽組委會公布的規(guī)則來看，參賽隊需要在3000瓦功耗限制下自行設計搭建超級計算機系統(tǒng)，并進行HPL、GROMACS、OPENCFD、WRF、BSDE等5項優(yōu)化測試，大賽對各參賽隊的超算理論基礎和實踐操作技能提出非常高的要求，尤其是BSDE應用，其要求為基于單至強融核協(xié)處理器超算平臺的應用并行化設計實現(xiàn)及性能優(yōu)化。
華中科技大學最終實現(xiàn)的至強融核協(xié)處理器應用加速體現(xiàn)了他們對于眾核并行的深度理解：在小規(guī)模算例上，華中科技大學采用在CPU上啟動任務，將全部計算過程以offload模式交由英特爾至強融核協(xié)處理器完成的方案，對于大的算例則采用CPU與至強融核協(xié)處理器協(xié)同計算，通過offload signal/wait方式將一部分計算任務交由至強融核協(xié)處理器異步完成。對于不同方案之間的臨界點，則根據(jù)現(xiàn)場實測結果用MATLAB進行曲線擬合分析得到。在以上方案的基礎上，華中科技大學還采用優(yōu)化數(shù)據(jù)訪問方式、算法模型優(yōu)化等方法加快應用運行。此外，他們還將應用熱點中的多次計算任務合并成一次計算任務，并提到循環(huán)外，避免重復計算，使用訪存的時間代替計算任務執(zhí)行的時間，大大提高了并行應用性能。
談到準備工作，華中科技大學的參賽隊員說：“賽前深入研讀了浪潮-英特爾中國并行計算聯(lián)合實驗室的《MIC高性能計算編程指南》，我們對英特爾集成眾核（MIC）架構的特點和應用優(yōu)化方法有了比較全面的認識，這對我們?nèi)賻椭艽蟆?rdquo;
ASC13大賽評審委員會專家對此點評道：“華中科大取得的成績表明他們對英特爾集成眾核（MIC）技術理解很透徹，充分掌握了相關并行編程模式和算法優(yōu)化技巧�；谟⑻貭柤杀姾耍∕IC）架構的加速技術具備高并行化和易上手的特點，已成為當今領先的潮流技術。我們希望通過比賽實際動手讓青年大學生了解掌握最新的超算技術，激發(fā)他們的創(chuàng)新能力。”據(jù)悉，除華中科技大學外，清華大學、中山大學也通過充分利用英特爾集成眾核（MIC）架構的高并發(fā)和優(yōu)化數(shù)據(jù)訪問、算法模型等方法獲得了上萬倍的性能提升，而其他參賽隊也獲得了上百倍的性能提升。
