大规模异构并行系统软件低功耗优化关键技术研究
发布时间：2021-11-25 19:45
绿色计算是当前高性能计算领域最为关注的话题之一,降低系统功耗、提高系统效能是维持超级计算机向更大规模系统发展的重要途径。异构并行系统已成为当前高性能计算机系统发展的重要趋势之一,与传统同构并行系统相比,集成有专用加速部件的异构并行系统具有更高的峰值计算速度和峰值效能。然而,由于异构处理器间计算速度和功耗开销的不同,已有的面向同构系统的功耗优化方法难以高效应用于异构并行系统。本文针对异构系统的功耗优化问题展开研究,主要工作与创新包括:1.提出异构系统功耗感知的并行循环调度方法（第二章）并行循环是科学与工程计算程序中的主要优化对象,文章以类OpenMP并行程序为研究对象,研究在满足性能约束的条件下结合异构系统并行循环调度和处理器动态电压频率调节技术优化系统功耗。首先建立了异构系统功耗感知的并行循环调度问题基本模型,然后通过分析方法给出异构系统并行循环调度的能耗下界,该下界可用于评估功耗优化方法的执行效率。进而,将异构系统并行循环调度问题归纳为一般整数规划问题,给出了该问题的求解方法。2.提出异构系统功耗感知的多计算段频率调节与任务划分方法（第三章）并行程序一般由多个串行段和并行段程序组成,...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 异构并行系统是当前高性能计算机系统发展趋势之一
1.2 大规模异构并行系统面临的主要挑战
1.3 相关工作
1.3.1 性能约束下的功耗优化研究
1.3.2 功耗约束下的性能优化研究
1.3.3 异构多核处理器功耗优化研究
1.3.4 基于加速部件的异构系统功耗优化研究
1.4 本文的研究内容
1.5 本文的主要贡献与创新
1.5.1 异构系统功耗感知的并行循环调度方法
1.5.2 异构系统功耗感知的多计算段频率调节与任务划分方法
1.5.3 异构系统通信感知的全程序能耗优化方法
1.5.4 异构系统应用感知的最大功耗管理方法
1.6 论文结构
第二章 异构系统功耗感知的并行循环调度方法
2.1 模型与概念
2.2 异构系统并行循环调度方法
2.2.1 给定循环调度的处理器最优频率求解
2.2.2 并行循环调度能耗下界分析
2.2.3 并行循环调度问题优化
2.3 编译实现
2.3.1 算法实现
2.3.2 代码示例
2.4 实验评估
2.4.1 测试平台
2.4.2 测试用例
2.4.3 结果分析
2.5 小结
第三章 异构系统功耗感知的多计算段频率调节与任务划分方法
3.1 同构计算段程序能耗优化方法
3.1.1 建立同构计算段能耗模型
3.1.2 能耗最优的处理器频率求解方法
3.2 异构计算段程序能耗优化方法
3.2.1 建立并行段最优能耗与执行时间的关系
3.2.2 临界区操作对能耗优化的影响
3.2.3 基于最优下降的启发式求解算法
3.3 实验评估
3.3.1 测试平台
3.3.2 测试用例
3.3.3 实验结果与分析
3.4 小结
第四章 异构系统通信感知的全程序能耗优化方法
4.1 问题的提出
4.2 基于整数线性规划的静态最优能耗优化方法
4.2.1 应用模型
4.2.2 系统模型
4.2.3 性能模型
4.2.4 基于ILP 的问题求解
4.3 基于遗传算法的动态自适应能耗优化方法
4.3.1 动态频率调节算法
4.3.2 通信感知的任务划分算法
4.4 实验评估
4.4.1 案例分析
4.4.2 模拟实验
4.5 小结
第五章 异构系统应用感知的最大功耗管理方法
5.1 问题的提出
5.2 异构并行系统模型与功耗控制框架
5.3 异构并行处理引擎功耗控制方法
5.4 异构并行处理组功耗控制方法
5.5 系统级功耗控制方法
5.6 实验评估与分析
5.6.1 测试用例
5.6.2 实验评估
5.7 小结
第六章 结束语
6.1 工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
博士论文
[1]低功耗软件优化技术研究[D]. 陈娟.国防科学技术大学 2007
[2]低功耗技术研究—体系结构和编译优化[D]. 易会战.国防科学技术大学 2006
[3]多线程低功耗编译优化技术研究[D]. 赵荣彩.中国科学院研究生院（计算技术研究所） 2002
本文编号：3518675
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 异构并行系统是当前高性能计算机系统发展趋势之一
1.2 大规模异构并行系统面临的主要挑战
1.3 相关工作
1.3.1 性能约束下的功耗优化研究
1.3.2 功耗约束下的性能优化研究
1.3.3 异构多核处理器功耗优化研究
1.3.4 基于加速部件的异构系统功耗优化研究
1.4 本文的研究内容
1.5 本文的主要贡献与创新
1.5.1 异构系统功耗感知的并行循环调度方法
1.5.2 异构系统功耗感知的多计算段频率调节与任务划分方法
1.5.3 异构系统通信感知的全程序能耗优化方法
1.5.4 异构系统应用感知的最大功耗管理方法
1.6 论文结构
第二章 异构系统功耗感知的并行循环调度方法
2.1 模型与概念
2.2 异构系统并行循环调度方法
2.2.1 给定循环调度的处理器最优频率求解
2.2.2 并行循环调度能耗下界分析
2.2.3 并行循环调度问题优化
2.3 编译实现
2.3.1 算法实现
2.3.2 代码示例
2.4 实验评估
2.4.1 测试平台
2.4.2 测试用例
2.4.3 结果分析
2.5 小结
第三章 异构系统功耗感知的多计算段频率调节与任务划分方法
3.1 同构计算段程序能耗优化方法
3.1.1 建立同构计算段能耗模型
3.1.2 能耗最优的处理器频率求解方法
3.2 异构计算段程序能耗优化方法
3.2.1 建立并行段最优能耗与执行时间的关系
3.2.2 临界区操作对能耗优化的影响
3.2.3 基于最优下降的启发式求解算法
3.3 实验评估
3.3.1 测试平台
3.3.2 测试用例
3.3.3 实验结果与分析
3.4 小结
第四章 异构系统通信感知的全程序能耗优化方法
4.1 问题的提出
4.2 基于整数线性规划的静态最优能耗优化方法
4.2.1 应用模型
4.2.2 系统模型
4.2.3 性能模型
4.2.4 基于ILP 的问题求解
4.3 基于遗传算法的动态自适应能耗优化方法
4.3.1 动态频率调节算法
4.3.2 通信感知的任务划分算法
4.4 实验评估
4.4.1 案例分析
4.4.2 模拟实验
4.5 小结
第五章 异构系统应用感知的最大功耗管理方法
5.1 问题的提出
5.2 异构并行系统模型与功耗控制框架
5.3 异构并行处理引擎功耗控制方法
5.4 异构并行处理组功耗控制方法
5.5 系统级功耗控制方法
5.6 实验评估与分析
5.6.1 测试用例
5.6.2 实验评估
5.7 小结
第六章 结束语
6.1 工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
博士论文
[1]低功耗软件优化技术研究[D]. 陈娟.国防科学技术大学 2007
[2]低功耗技术研究—体系结构和编译优化[D]. 易会战.国防科学技术大学 2006
[3]多线程低功耗编译优化技术研究[D]. 赵荣彩.中国科学院研究生院（计算技术研究所） 2002
本文编号：3518675
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3518675.html
