面向天河2A系统的基于蒙特卡罗方法的粒子输运异构协同计算

发布时间：2021-10-17 12:22

　　粒子输运模拟在核科学领域、医疗放射治疗领域中占有重要的地位。基于MC方法设计和开发了面向天河2A系统的粒子输运异构协同算法;基于天河2A系统的异构通信模式BCL和ACL,提出了一种CPU与加速器Matrix2000之间的简单高效的对称通信模式;在Matrix2000加速器端,通过OpenMP指令开发程序的线程级并行;优化了原MC程序串行数据收集通信模式,提出了新的二叉树通信模式,极大地减少了通信时间。实现的基于CPU/Matrix2000异构协同计算的并行程序,在天河2A系统上进行测试,大规模测试可以扩展到45万核,相对5万核并行效率保持在22.54%。 

【文章来源】：计算机工程与科学. 2020,42(11)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

模拟粒子输运过程

首先0号进程初始化任务,接着把数据发送给其他所有从进程,从进程接收到数据后开始计算,并在从进程的计算结束后设置同步栅栏,直到所有从进程的计算都结束后,0号进程才开始收集从进程发送过来的结果数据。数据的收集过程中所有从进程都向主进程阻塞发送数据,主进程进行阻塞接收,先到的信息先被处理。对于主进程来说这是一个串行处理过程,此通信方式会造成通信瓶颈,核数越多,对程序性能的影响越大。图2展示了P个进程的通信过程。3.2 优化后的二叉树通信模式

考虑到MC程序0号进程对收集到的数据只进行简单的统计处理,所以可以通过逐层进行两两进程通信,实现局部统计处理,最终把统计结果汇总到0号进程。本文采用二叉树通信模式来实现这种通信过程,假设总进程数为2K+res,其中,K,res都是大于或等于0的整数,且满足条件0≤res<2K,为了满足二叉树的通信模式,排在前面的2*res个进程先就近奇偶进程号两两通信,并把通信过程中已发送过信息的进程剔除,不参与下次通信,从而下一阶段通信的进程数变为2K。接着对2K个进程号重排,前2*res个进程号除以2,其余进程依次减去res,得到新的2K个进程的标识号,下一阶段就是进行二叉树通信,算法1描述了具体的通信过程。为了方便描述,图3展示了7个进程的通信过程,括号里的数字表示重排后的进程标识号。改进后的数据收集模式,通信复杂度由2K+res减少为log (2K+res),极大地减少了通信时间,也避免了大规模通信时从进程同时向主进程发送数据导致的程序阻塞。

【参考文献】：
硕士论文
[1]非定常粒子输运蒙特卡罗模拟在MIC上的加速研究[D]. 崔显涛.国防科学技术大学 2015
[2]深穿透粒子输运蒙特卡罗模拟的CPU/GPU协同算法研究[D]. 杨博.国防科学技术大学 2011



本文编号：3441760