高性能计算软件开发中的瓶颈问题探讨.pdfVIP

Bottleneck Studies in the Development of High Performance Computing Software Chen Jun (High Performance Computing Center, Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing, 100094) E-mail: chenjun@iapcm.ac.cn Abstract With the more and more complex environments in the high performance computing, parallel software development has been the main bottleneck in the large-scale science and engineering computing. This paper presents the characteristic of activities and software developers in high performance computing software development. We also study the bottlenecks in the high performance computing software development based on the best practice of former scientists and our experience, and discuss some technological approaches. Keywords High performance software development, Science and engineering computing, Verification and validation, Portability, Software engineering 高性能计算软件开发中的瓶颈问题探讨 陈 军 （北京应用物理与计算数学研究所，高性能计算中心，100094） E-mail: chenjun@iapcm.ac.cn 摘要：随着高性能计算软硬件支撑环境日益复杂化，并行软件开发已成为大型科学工程 计算 （CSE）的主要瓶颈。本文介绍了高性能计算软件开发活动、以及该过程中的活动人 员——高性能计算开发人员的特征；结合大量前人的实践和我们的经验，研究高性能计算 软件开发中的瓶颈问题，并探讨了其中的一些技术途径。 关键词：高性能软件开发，科学与工程计算，验证与确认，可移植性，软件工程 中图法分类号：TP301 1 简介 随着超级计算机向成千上万核发展，以及新型体系结构的出现，高性能计算领域迎来 了繁花盛开的时代。然而只有加入软件，并行机才能真正发挥作用。随着底层软硬件支撑 环境的日益复杂化，并行软件开发已经成为大型科学与工程 （CSE）计算的主要瓶颈[1]。 当前，CSE 软件开发面临的主要问题包括： l 要求解的科学问题日益复杂； * 国家自然科学基金项目 ）资助。 l 并行机体系结构多样化、层次化、复杂化。目前并行机体系结构最主要的特征 是多核和异构。例如，“天河一号”和星云中均采用了CPU 和GPU 混合架构。 l 用户需求变化多端。大部分需求根据之前的代码和团队经验获得。当代码日益 庞大、平均经验水平下降时，需求分析的重要性将越发明显。 l 缺乏有效的软件开发工具。目前有许多孤立的软件开发工具，例如，vi 编辑器、 TotalView 调试工具等；诸如Eclipse 这样的集成开发环境也陆续研制出来，但是 由于其扩展性、以及还未能很好地匹配CSE 软件在并行机上的典型工作流程， 目前还未能大范围推广。 l 缺乏验证与确认 （VV）手段。由于许多模拟没有“