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1.请简单描述OpenCL线程层次结构和AMD GPU存储器层次结构的对应关系。
答: AMD GPU存储器层次结构和OpenCL线程层次结构的对应关系:
LDS对应local memeory,主要用来在一个work group内的work times之间共享数据。steam core访问LDS的速度要比Globalmemory快一个数量级。
private memory对应每个pe的寄存器。
constant memory主要是利用了L1 cache。
OpenCL中的线程结构是可缩放的,Kernel的每个运行实例称作WorkItem(也就是线程),WorkItem组织在一起称作WorkGroup,OpenCL中,每个Workgroup之间都是相互独立的。
通过一个global id(在索引空间,它是唯一的)或者一个workgroup id和一个work group内的local id,我就能标定一个workitem。
2.天河1A参与TOP500排名的HPL Linpack实测速度是多少,效率是多少?
答:实测速度 2.57PetaFlops,效率是55%
3.请简述OpenMP的优、缺点有哪些?
答:OpenMP是针对单主机上多核/多CPU并行计算而设计的工具,换句话说,OpenMP更适合单台计算机共享内存结构上的并行计算。由于使用线程间共享内存的方式协调并行计算,它在多核/多CPU结构上的效率很高、内存开销小、编程语句简洁直观,因此编程容易、编译器实现也容易(现在最新版的C、C++、Fortran编译器基本上都内置OpenMP支持)。不过OpenMP最大的缺点是只能在单台主机上工作,不能用于多台主机间的并行计算。
4. 将下列代码改写为OpenMP程序,注意保持相同的计算结果。
int main()
{
int A[6], i;
for(i = 0; i< 6; i++) A[i] = i;
#pragma ompparallel
#pragma omp for
for(i=0;i<5;i++) A[i] = A[i+1];
printf("A=");
for(i=0; i <6; i++)
printf("%d ",A[i]);
printf("\n");
return 0;
}
答:
#include<omp.h>
int main()
{
int A[6], i;
#pragma ompparallel
{
#pragma omp for
for(i = 0; i< 6; i++) A[i] = i;
#pragma omp for
for(i=0;i<5;i++) A[i] = A[i+1];
printf("A=");
#pragma omp for
for(i=0; i <6; i++)
printf("%d ",A[i]);
printf("\n");
return 0;
}
}
5. MPI是一门语言吗?请给出简单的解释。
答:MPI是一个库,而不是一种语言。MPI(Message Passing Interface,消息传递接口)是并行计算经常用到的,用于进程间通信的一组API。MPI可以通过网络,在不同节点间进行通信。MPI也是MIC编程中较常使用的通信库之一。MPI标准定义了一组核心的库函数的语法及语义,它们对编写消息传递程序非常有用。MPI库中包含超过125个函数,但关键的函数要少得多。
6. MPI编程:Jacobi迭代。在一个二维平面上任意一点,每一次迭代的值是由其相邻数值点的平均得到的,即如下述串行程序所示:
…
REAL A(N+1,N+1), B(N+1,N+1)
…
DO K=1,STEP
DO J=1,N
DO I=1,N
B(I,J)=0.25*(A(I-1,J)+A(I+1,J)+A(I,J+1)+A(I,J-1))
END DO
END DO
DO J=1,N
DO I=1,N
A(I,J)=B(I,J)
END DO
END DO
END DO
试用MPI写出Jacobi迭代的并行程序
答:Integer ierr, myid,numproces
REALA(N+1,N+1),B(N+1,N+1)
...
DO K=1,STEP
Call MPI_INIT(ierr)
CallMPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD,myid,ierr)
CallMPI_COMM_SIZE(MPI_COMM_WORLD,numprocs,ierr)
DO J=myid+1,N,numprocs


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DO I=1,N
B(I,J)=0.25*(A(I-1,J)+A(I+1,J)+A(I,J+1)+A(I,J-1))
END DO
END DO
Call MPI_FINALIZE(ierr)
Call MPI_INIT(ierr)
CallMPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD,myid,ierr)
CallMPI_COMM_SIZE(MPI_COMM_WORLD,numprocs,ierr)
DO J=myid_1, N,numprocs
DO I=1,N
A(I,J)=B(I,J)
END DO
END DO
Call MPI_FINALIZE(ierr)
END DO
7. CUDA程序中线程有几层结构?分别叫什么?为什么这样设计?
答:有3层。网格(Grid),线程块(block),线程(thread)。利用这个模式,可以让程序不用担心显示芯片实际上能同时执行的thread 数目限制。
8. 请写出两个矩阵A和B相乘的串行代码段和基于CUDA的并行代码段。
答://C = A*B串行代码
void MatrixMultiply(float*_C,const float *_A,const float *_B,int _wa,int _ha,int _wb)
{ float sum = 0;
for (int i = 0; i < _ha; ++i)
{ for (int j = 0; j < _wb;++j)
{ sum = 0;
for (int k = 0; k < _wa; ++k)
{ sum +=(float)_A[i*_wa+k]*(float)_B[k*_wb+ j];
}
_C[i*_wb+j] = (float)sum;
}
}
}
//CUDA并行代码
__global__ void matrix_kernel_0(float*_C,const float* _A,const float *_B,int _wa,int _wb)
{ float sum = 0;
//找出该线程所在的行列
int row = blockIdx.y*blockDim.y + threadIdx.y;
int col = blockIdx.x*blockDim.x + threadIdx.x;
//线程Thread(row,col)负责计算C(row,col)
for (int i = 0; i < _wa; ++i)
{ sum += _A[row*_wa + i]*_B[i*_wb+ col];
}
_C[row*_wb + col] = sum;
}
9. 利用Matlab并行编程语句parfor计算向量c,其中a,b,c均为n维实值向量,a,b随机产生,c满足下面的条件。
If a(i)>b(i) c(i)=a(i)+b(i) else c(i) = a(i) – b(i)
答:clear
a= rand(10)
b= rand(10)
parfor i=1:10
for j=1:10
if a(i,j)>b(i,j)
c(i,j) =a(i,j)+b(i,j);
else
c(i,j) = a(i,j)-b(i,j);
end
end
End
10.结合你自己的学习体会,列举1~2个你所接触到的典型并行计算应用,并简要介绍它们的并行计算方式(模式),并尽可能的论述这些应用软件的瓶颈所在,以及它们现有的并行模式是否合适,应当如何改进?(10分)
答:1.CUDA在图像锐化和中值滤波中的应用:(1)采用GPU协处理方式(2)GPU浮点数运算位数、分支预判断能力和内显存数据交换式瓶颈。(3)基本适合现有并行模式(4)控制kernal复杂度,一个block的线程数最好是32的倍数,避免并行度不高,频繁通信以及同步过多的。
2.MPI在灰度相似图像对比方面的应用:(1)采用并行集群计算方式(2)通信时软件的瓶颈(3)基本适合现有的并行模式(4)设计算法时尽量减少通信量,通信次数,并使用性能相同的计算机构建并行计算集群。


2025-06-15 08:20:43
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  • 滴个咚咚
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答:OpenMP
1. 跨节点大规模并行编程工具是什么?
答:MPI(Message .Passing. Ienterface)
2. 指定线程数量的方法有哪几个?
答:1. omp_set_num_threads库函数
2.num_thread_(integer_expression) 子语
3.OMP_NUM_THREADS 环境变量
3. parallel区域内的循环为啥要用#pragam omp for 导语?
答:将循环的所有迭代步分摊到各个线程上
•必须放在一个omp parallel区域内,
才能正真并行执行
•子语用来控制数据属性、条件操作、
归约操作…
导语格式-- omp for
#pragma omp parallel
{
#pragma omp for
for( i=0; i < 100; i++)
{
...
}
4. 并行区域内的循环变量默认数据属性是什么?private还是shared?
答:private
5. sections导语与parallel有哪些区别?
答:sections导语中的部分可以有写不并行的部分,只有在#program omp section 中的结构块才会并行;Parallel中的部分会全部被执行。
6. 当前HPC发展的下一个阶段计算规模是多少?
答:百亿亿次。
7. 评判一套HPC系统的浮点运算能力的基准测试程序是什么?
答:Linpack。
8. HPC中常用的消息通讯接口是什么?
答:MPI。MPI是一个库,而不是一门语言,MPI是一种消息传递编程模型,并成为这种编程模型的代表和事实上的标准;MPI是一种标准或规范的代表,而不特指某一个对它的具体实现。
9. MPI标准的实现软件包有哪些?
答:OpenMPI, Mpich2, mvapich2,intel MPI
10. MPI的6个基本函数是什么?
答:1. MPI_Init(…);


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1. 存储网络有哪种形式?
答:DAS (Direct Attached Storage)
NAS (NetworkAttached Storage)
SAN (StorageArea Network)
2. 常用的RAID有哪几种?
RAID0,RAID1,RAID5,RAID6,RAID10.
3. Lustre有哪些节点组成?
1.MDS (Metadata Server)
提供元数据服务
连接MDT (Metadata Targets )
2.OSS (Object storage servers)
提供数据服务
连接OST(Object Storage Targets )
3.Clients
挂载并使用文件系统
计算节点


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4.MGS(Management Server)
提供配置信息服务
连接到MGT(Management Targets)


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第一章:
超级计算机的主流应用领域:
物质的物理化学材料属性的科研工作
地震资料处理 用于油气勘探
动画 电影的高逼真效果制作
气象环境 海洋的数据预报
基因科学 蛋白质科学研究 新药研发
高通量计算:
HTC侧重于提高计算任务的吞吐量单个任务多为串行
世界知名的超级计算机:
Titan KrakenXT5 GAEA 天河一号
知名超算厂家:
曙光浪潮 HP IBM 国防科大
第5章:
轴承磁盘的数据传输延迟
数据传输总时间:
寻道时间+磁盘旋转时间+数据传输时间
新存储消费模式:混合阵列全闪存阵列
FAST Suite ------FAST VP + FAST Cache
FAST VP: 跨池中的驱动器分层
1. 优化驱动器利用率
2. 随时间推移划分相对优先级
3. 1GB切片非常适合于确定性数据
FAST Cache:
讲最热数据拷贝到闪存
1. 优化闪存利用率
2. 近实时动态移动
3. 64KB子切片非常适合于激增的数据
分布式数据的统一管理:云存储
一、大规模可扩展


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一、多数据中心双活
统一目录空间
适用对象ID访问跨站点数据
数据始终在线可用
二、不用LUN 不用RAID
一个存储系统同时支持多种应用
1. 多个部门的不同应用分别作为不同的租户使用同一个存储
2. 租户之间安全隔离数据互不可见
3. 高效统一管理
根据数据的重要程度来决定副本的数量与保存时间
云存储综合数据服务:
分布式云保护
–不需RAID硬件,使用多副本或分片进行数据保护
•自治愈
–在系统冗余度降低时可以自动重建受到影响的数据
•自定义元数据
–可添加自定义元数据便于数据索引
•策略化存储
–根据自定义元数据采取区分化的存储策略,提供不同的存
储服务等级
•动态扩容
–一次安装,以后自动添加新容量,不中断业务
第三章:高速网络互联驱动未来计算
集群中的主要互连部件
硬件部分:
CPU cores and memory subsystem
I/O bus or links
Network adapters/switche
软件部分:
Communication stack


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传统传输协议的瓶颈
主机处理器处理各种连接问题:
1. 数据缓冲
2. 路由
3. 数据完整性校验
不同层之间的通信:
1. 传输的中断
2. 不同的处理协议之间优先级的不同
InfiniBand
为了解决以下三方面的瓶颈:
1. 协议处理
2. I/O总线
3. 网络速度
创立InfiniBand Trade Association协议的七个领导公司
Compaq Dell HP IBM Intel Microsoft Sun
InfiniBand 的特点
智能网络接口卡:
1. 硬件上完全支持整个协议
2. 提供丰富的通信接口给应用程序
a) 用户级通信能力
b) 摆脱中间数据缓冲的要求
3. 在不同的通信层中没有软件信令(software signaling)
所有的层都在专用的硬件单元应用 而并不是共享的主机CPU
InfiniBand 技术的优势和特点
InfiniBand Trade Association
协会制定规范
–成立于1999年
–开放标准的高带宽、低延迟网络互连技
术
•串行高带宽连接
– SDR: 10Gb/s HCA连接
– DDR: 20Gb/s HCA连接
– QDR: 40Gb/s HCA连接–现在
– FDR: 56Gb/s HCA连接– 2011年底
– EDR: 100Gb/s HCA连接– 2014年
•极低的延迟


2025-06-15 08:14:43
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  • 滴个咚咚
  • 矮富帅
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低于1 微妙的应用级延迟
•可靠、无损、自主管理的网络
–基于链路层的流控机制
–先进的拥塞控制机制可以防止阻塞
完全的CPU卸载功能
–基于硬件的传输协议
–可靠的传输
–内核旁路技术
•服务质量控制( QoS)
–在适配器卡级提供多个独立的I/O通道
–在链路层提供多条虚拟通道
•集群可扩展性和灵活性
–一个子网可支持48,000个节点,一个网络
可支持2128 个节点
–提供多种集群拓扑方式
•简化集群管理
–集中路由管理
–支持带内网络诊断和升级
•远端内存直接访问
– RDMA-读和RDMA-写
网络是应用程序数据交换的关键
RDMA Technology
RDMA(Remote Direct Memory Access)技术全称远程直接数据存取,就是为了解决网络传输中服务器端数据处理的延迟而产生的。RDMA通过网络把资料直接传入计算机的存储区,将数据从一个系统快速移动到远程系统存储器中,而不对操作系统造成任何影响,这样就不需要用到多少计算机的处理功能。它消除了外部存储器复制和文本交换操作,因而能解放内存带宽和CPU周期用于改进应用系统性能。
R-IOV 技术是一种基于硬件的虚拟化解决方案,可提高性能和可伸缩性。SR-IOV 标准允许在虚拟机之间高效共享 PCIe(Peripheral Component Interconnect Express,快速外设组件互连)设备,并且它是在硬件中实现的,可以获得能够与本机性能媲美的 I/O 性能。SR-IOV 规范定义了新的标准,根据该标准,创建的新设备可允许将虚拟机直接连接到 I/O 设备。


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具有 SR-IOV 功能的设备可以利用以下优点:
性能-从虚拟机环境直接访问硬件。
成本降低-节省的资本和运营开销包括:
节能减少了适配器数量简化了布线
减少了交换机端口
最牛逼的计算机是:
天河二号
运算速率:54.9PFLOPS 理论
33.86PFLOPS 实际
第四章超级计算机体系架构
1、从榜单看架构
高性能系统性能指标 – 理论峰值
FLOPS:浮点运算每秒
实测峰值
Linapck测试 采用主元高斯消去法求解双精度稠密线性代数方程组
提高效率:优化网络 优化测试程序的编译与设置
优化内存的配置与容量 优化运行参数及系统参数
加速比定律: 在并行计算系统,并行算法(并行程序)的执行速度相对于串行算法(串行程序)加快的倍数,就是该并行算法(并行程序)的加速比,加速比是衡量”并行收益“的重要指标
2、主流体系架构Cluster机群
应用软件层 系统软件层 IT核心硬件层 基础设施层
超级计算机作业的工作流程:
1、 本地建模 2、算例上传作业提交 3、作业运行 4、数据访问与存储 5、系统管理与用户管理
超级计算机中的关键技术:
计算系统基础设施 功能节点 存储系统 网络系统 操作系统 管理调度软件 并行环境 应用软件
计算系统主流方案:胖节点+刀片集群
刀片服务器优势:密度高功耗低布线


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简单 可靠性高 管理方便 机房要求低
胖节点:单机性能高 内存容量大 更高本地IO 丰富的扩展能力
InfiniBand是业界延迟最低、带宽最高的网络,是高性能计算集群系统的标准
并行存储系统的设计原则:高性能 高可靠性 易用易管理 高可用性 高可扩展性
ParaStor重建无人值守 更快重建速度
操作系统—Linux企业版:开源 高效 多用户 界面友好 兼容性强
3、 超级计算加速器
GPU节点
·更高的性能 更低的功耗 更高的每瓦性能和每瓦峰值 更高的性价比
·架构不平衡 瓶颈可能较多 应用支持少 编程复杂
晶体管分配
CPU:计算单元少,频率高;逻辑控制复杂,分支预测;多级、大面积缓存;线程少;
多级缓存减少访存延时
GPU:计算单元多,频率低;逻辑控制简单,共用控制单元;多类型存储、缓存面积小;
线程居多,成千上万;线程快速切换减少访存延时
4、 基础设施


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17. Top500排名的依据是什么?
答:High Performance Linpack(HPL)测试结果
18.Write codes to create a thread to compute the sum of theelements of an array.
答:Create a thread to complete the sum of the elements of an array.
struct arguments {
double*array;
intsize;
double*sum;
}
int main(int argc, char *argv) {
double array[100];
double sum;
pthread_t worker_thread;
struct arguments *arg;
arg = (struct arguments *)calloc(1,
sizeof(structarguments));
arg->array = array;
arg->size=100;
arg->sum = &sum;
if (pthread_create(&worker_thread, NULL,
do_work, (void *)arg)) {
fprintf(stderr,”Error while creating thread\n”);
exit(1);
}
...
}
void *do_work(void *arg) {
struct arguments *argument;
int i, size;
double *array;
double *sum;
argument = (struct arguments*)arg;
size = argument->size;
array = argument->array;
sum = argument->sum;
*sum = 0;
for (i=0;i<size;i++)
*sum += array[i];
return NULL;
}


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