众核阵列非满配时的并行编程方法 - 计算机应用与软件.PDFVIP

第２９卷第１０期　　　 计算机应用与软件 Ｖｏｌ２９Ｎｏ．１０ ２０１２年１０月　　 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ Ｏｃｔ．２０１２ 众核阵列非满配时的并行编程方法 王丽一　郑　岩　李岱峰　王　俊 （江南计算技术研究所　江苏无锡２１４０８３） 摘　要　　研究众核阵列非满配时逻辑线程映射到物理线程的方法。在此基础上提出应用于非满配众核阵列的并行编程方法，此 方法也可以与ＭＰＩ并行编程相结合，应用于大规模并行集群系统。 关键词　　众核　逻辑线程　物理线程　并行编程 中图分类号　ＴＰ３１１．１１　　　　文献标识码　Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００３８６ｘ．２０１２．１０．０３３ ＰＡＲＡＬＬＥＬＰＲＯＧＲＡＭＭＩＮＧＭＥＴＨＯＤＯＦＮＯＮＦＵＬＬＤＥＰＬＯＹＥＤＭＡＮＹＣＯＲＥＡＲＲＡＹ ＷａｎｇＬｉｙｉ　ＺｈｅｎｇＹａｎ　ＬｉＤａｉｆｅｎｇ　ＷａｎｇＪｕｎ （ＪｉａｎｇｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｘｉ２１４０８３，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ　　Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍａｐｐｉｎｇｌｏｇｉｃａｌｔｈｒｅａｄｓｏｎｔｏｐｈｙｓｉｃａｌｔｈｒｅａｄｓｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｎｏｎｆｕｌｌｄｅｐｌｏｙｅｄｍａｎｙｃｏｒｅａｒｒａｙｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｏｎ ｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｎｏｎｆｕｌｌｄｅｐｌｏｙｅｄｍａｎｙｃｏｒｅａｒｒａｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎａｌｓｏｂｅｉｎｔｅ ｇｒａｔｅｄｗｉｔｈＭＰＩｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｌａｒｇｅｓｃａｌｅｐａｒａｌｌｅｌｃｌｕｓｔｅｒｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　Ｍａｎｙｃｏｒｅ　Ｌｏｇｉｃａｌｔｈｒｅａｄ　Ｐｈｙｓｉｃａｌｔｈｒｅａｄ　Ｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ 是逻辑线程，映射到硬件上的是物理线程。当一个物理线程运 ０　引　言 行一个逻辑线程时，内核的效率最高。如果没有足够的逻辑线 程来让物理线程都运行，那么将导致有部分物理线程空载；如果 当众核的设计到来之时，最棘手的问题不再是基础性建设 逻辑线程比物理线程多，那么将导致超载，此时逻辑线程将分时 问题，而是如何最大效率地分配计算资源问题。随着内核的增 间片来运行。Ｉｎｔｅｌ的（ＴＢＢ）ＴｈｒｅａｄｉｎｇＢｕｉｌｄｉｎｇＢｌｏｃｋｓ任务调度 多，这个问题会越来越突出，如果任务得不到有效分配，大量的 器通过选择逻辑线程数来避免空载和超载［１，２］。但是，在硬件 内核会处于空闲状态，而少数几个内核却满负荷运行，显然是不 非满配的情况下，怎么解决逻辑线程到物理线程的映射，才能避 符合众核计算的要求的。此外，随着芯片集成度的提高，更多的 免空载和超载，Ｉｎｔｅｌ没有明确解答此问题。 计算资源可以集成在一块芯片上，但这种集成也带来了硬件资 假设有一个核数是６４的众核，排成８×８的阵列，如图１所 源管理的困难和对资源的竞争。如何容易地将计算任务进行分 示。 割，映射到众多处理器核上？如何对片上众多资源进行测试和 修复？如何让众多处理器核有数据可算？如何更充分地利用片 上有限存储空间的众核间共享，以避免片外访存？如何充分利 用有限访存带宽，尽量让访存通道繁忙，并能优先满足处于关键 路径处理器核的访存请求？如何在分布的结构中实现共享数据 的分发传播？类似的问题还有很多，这些问题大大制约了众核 计算的发展。 另外，由于工艺的限制，当核数增多时，内核发生故障的概 率也会明显增大，这就使得众核在物理上就不能实现满阵列运