CAS-ESM编译运行脚本文件系统设计与实现

CAS-ESM是中国科学院大气物理所开发的地球系统模式,是全球气候变化研究的重要工具.CAS-ESM是一个非常复杂的系统,有众多的分量模式及其开发者,应用各不相同,因此,有必要开发一套便捷的编译运行脚本文件系统,以利于模式的版本统一以及应用组装、编译和运行.该文在简要介绍了中科院地球系统模式CAS-ESM的基础上,针对CAS-ESM应用特点和用户使用特点,设计开发了其编译运行脚本文件系统;通过大量运行实验,发现全耦合模式存在的问题并进行改进;最后设计了耦合模式数值实验,验证编译运行脚本文件系统的正确性,得到运行结果.     

“天河一号”大规模并行应用程序测试

目前安装在国家超级计算天津中心的"天河一号"是我国首台千万亿次超级计算机,在2010年11月世界超级计算机Top500排名中,位列世界第一。"天河一号"采用了CPU与GPU相结合的异构融合计算体系结构,自主设计实现了高速互连通信系统,在多个高性能计算应用领域具有应用适应性强、系统运行稳定可靠、性能可扩展性好等特点,为科学研究和应用提供了重要的高性能计算平台。采用石油地震数据处理、飞行器流场模拟、生物分子动力学模拟、磁约束聚变数值模拟、湍流数值模拟、晶体硅分子动力学模拟、全球大气浅水波全隐式数值模拟、地球外核热流动数值模拟等应用的典型算例对"天河一号"进行了大规模并行程序测试,结果表明,"天河一号"在上述应用领域具有良好的可扩展性和并行效率。     

大气环流模式性能特点分析

地球系统模式是模拟气候系统行为和变化的重要工具,在气候研究中扮演着重要的角色。大气环流模式是地球系统模式的一个重要部分。地球科学的快速发展对大气环流模式的分辨率提出越来越高的要求。高性能计算机的发展为更高分辨率大气环流模式的研究提供必要的硬件环境。但是当前并没有针对大气环流模式的高性能计算的特征和需求等方面的研究。中科院大气所（LASG）发展的格点大气环流模式（GAMIL）被选为代表,分析大气环流模式的性能特点,并且建立了性能模型。这些分析和性能模型将为预测未来大气环流模式的性能特征和提升性能提供帮助。     

地球系统模式 CAS-ESM 在“元”超级计算机上的性能评估

CAS-ESM 是中国科学院大气物理所开发的地球系统模式,是全球气候变化研究的重要工具,也是高性能计算在地球系统科学领域的重要应用。为了方便其他用户在“元”超级计算机上开展更高效的模拟实验,探究 CAS-ESM 在类似于 “元”的体系结构计算机上的应用前景,分别设计并进行了大气分量模式 AGCM 和海洋分量模式 LICOM 分量模式最优处理器划分实验,保证耦合实验结果准确可靠。结果显示,AGCM 在“元”上使用 4*4、8*4、16*4、16*8、32*8、32*16 的处理器划分能得到最佳的计算效率,LICOM 在“元”上使用 3*5、3*10、5*12、12*10、20*12、60*8 的处理器划分,能在“元”上得到最佳的计算效率。最后设计并进行了耦合模拟实验,分析了 CAS-ESM 耦合模式的并行效率和浮点性能。     

把握变幻莫测的气候——SGI协力LASG完成大气数值模拟

背景 大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(简称LASG)是中国科学院大气物理研究所所属的国家级重点实验室。其主要工作是通过理论分析和数值模拟研究地球流体宏观演变及控制理论,揭露环境系统的大范围异常现象,及其天气系统的天气灾害的机制变化规律,并作预测试验研究。 目前中科院大气所拥有若干个可用于长时间(数年乃至千年以上)运行的大型数值模式,包括原有的两层大气环流模式、     

高阶精度CFD应用在天河2系统上的异构并行模拟与性能优化

在当前主流的众核异构高性能计算机平台上开展超大规模计算流体力学（computational fluid dynamics ,CFD）应用的高效并行数值模拟仍然面临着一系列挑战性技术问题,也是该领域的热点研究问题之一．面向天河2高性能异构并行计算平台,针对高阶精度C FD流场数值模拟程序的高效并行进行了探索,重点讨论了C FD应用特点与众核异构高性能计算机平台特征相适应的性能优化策略,从任务分解、并行度挖掘、多线程优化、SIMD向量化、CPU与加速器协同优化等方面,提出一系列性能提升技术．通过在天河2高性能异构并行计算平台上进行了多个算例的数值模拟,模拟的最大C FD规模达到1228亿个网格点,共使用约59万C P U＋M IC处理器核,测试结果表明移植优化后的程序性能提高2．6倍左右,且具有良好的可扩展性．     

基于GPU的GRAPES模型并行加速及性能优化

GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)数值天气预报模式作为地球大气一个典型的非线性化离散系统,计算量非常巨大,因此利用低成本、低功耗和高性能的GPU对GRAPES模式进行并行加速成为目前的研究热点.首先通过实现GRAPES模式在GPU中的并行加速,发现系统性能提升并不理想.在此基础上,提出了性能优化策略,包括缓解数据传输时间、降低设备内存加载和存储的数量和避免线程控制流分支,实验结果表明,利用GPU的性能优化策略有效地提升了GRAPES系统性能.     

高精度湍流直接数值模拟程序的异构并行优化分析

在众核处理器应用中,主要难点在于异构并行应用模式和负载均衡的策略,对于计算流体力学,需要针对相关应用设计相应的方案。我们针对湍流直接数值模拟中串行程序含有部分并行度较高的子程序或函数的特点,设计了一种新的并行计算模式,给出了一种异构平台优化方案,并在中科院超级计算系统"元"上进行了测试和分析,对领域内的典型算例进行了性能测试,着重讨论了不同规模下采用offload模式的CPU和MIC异构并行的扩展性能。     

面向国产神威众核架构的区域气候模式CWRF性能优化技术

区域气候模式CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting model)是国家气候中心区域气候预测系统的重要组成部分,也是系统最耗时的程序.高性能计算是提高CWRF数值预报计算性能的关键技术,开展CWRF模式在国产神威众核架构上的移植和优化,提高模式的模拟效率,对模式的扩展、...     

面向异构计算的高性能计算算法与软件

研发适应国产异构计算环境的高性能计算算法与软件是非常重要的课题,对我国高性能计算软件研发匹配高性能计算硬件高水平发展的速度具有重要意义.本文首先简要介绍高性能计算应用软件的现状、趋势和面临挑战,并对几类典型高性能计算应用软件开展并行计算算法特征分析,涵盖了宇宙N体模拟、地球系统模式、计算材料相场动力学、分子动力学、量子计算化学和格点量子色力学等多个问题、尺度和领域.其次,我们讨论了面向国产异构计算系统的对策,提炼出若干典型应用算法和软件的共性问题,涉及核心算法、算法发展、优化策略等.最后,本文面向异构计算体系结构对高性能计算算法与软件进行了总结.     

一种并行程序性能工具的研究与实现

随着高性能计算技术的不断发展,并行程序的设计、调试、优化逐渐成为并行技术应用的关键,而性能工具在提高并行程序的执行效率方面发挥着重要的作用。本文阐述了并行程序性能工具的系统结构,以及各个模块功能的原理,并实现了一个基于MPI消息统计的性能工具。     

基于构件的软件性能模型及评估技术研究

该文讲述了在基于构件的软件开发中,建立应用系统的性能模型,以及对系统的性能进行预测和评估的方法,并介绍了构建一个满足预期性能目标的软件系统的步骤。     

Prescribed performance control approaches,applications and challenges: A comprehensive survey

As to control systems, transient performance is as important as steady-state performance. For some special dynamic systems, transient performance is a more prior index in comparison with the steady-state one. Prescribed performance control (PPC) has been proved to be a powerful tool that guarantees control system outputs/errors with desired transient performance as well as steady-state performance. The purpose of this paper is to give a comprehensive review on the latest developments of PPC theories and applications. The existing performance functions are classified into five different categories, and their features are comprehensively compared, providing a useful guidance for further applications. Then, the latest developments of PPC's applications in all kinds of control systems are recalled. Specially, the faced challenges and theoretical defects of PPC are discussed, which is expected to point out the further research direction for PPC.     

On the Performance Regularity of Web Servers

The performance regularity is concerned with the overall performance behavior of a system in the full spectrum of working area. Such a performance characteristic is generally overlooked and does not receive proper attention. The aim of this paper is twofold. First, it raises awareness of the importance of the performance regularity of a Web server. Secondly, it introduces the Gini performance coefficient (GPC) as a scale-invariant metric for measuring the performance regularity. In this paper, we present the theorems that relate the performance regularity of a Web server to the GPC, thereby providing a quantitative yardstick that complements the system capacity metric such as maximum throughput for measuring the system performance. To illustrate the use of the proposed approach, we calculate the values of GPC for several representative systems that were used in the public SPECweb96 benchmark study. The results are completely in line with our theoretical analysis.     

Application of Relational Interval Arithmetic to Computer Performance Analysis: a Survey

This paper presents a survey of the existing work in the area of interval-based performance analysis of computing systems. Intervals in performance analysis is required when uncertainties or variabilities exist in the workload parameters for the performance model of the system. Intervals are also useful for computing upper and lower bounds on system performance. Most conventional analytic models accept a set of single valued parameters and produce a single valued model output. Adaptation of these existing models to handle interval parameters require new techniques that use interval arithmetic. Experiences with relational interval arithmetic provided by a constraint logic programming language in solving a number of performance analysis problems in conventional multiprogrammed computers as well as distributed processing systems are described.     

系统性能极限理论的回顾和展望

描述了系统性能极限理论的研究对象、背景和意义,并简要介绍了系统性能极限理论所涉及到的四个相关问题,如:左可逆与右可逆系统、零点与零点方向、极点与极点方向以及灵敏度函数与互补灵敏度函数.同时,从H2型性能极限、频域及H∞型性能极限、时域及其他性能极限三方面综述了系统性能极限理论的研究现状,并对其未来的发展进行了展望.     

PHOEBE: an automation framework for the effective usage of diagnosis tools in the performance testing of clustered systems

The identification of performance issues and the diagnosis of their root causes are time‐consuming and complex tasks, especially in clustered environments. To simplify these tasks, researchers have been developing tools with built‐in expertise for practitioners. However, various limitations exist in these tools that prevent their efficient usage in the performance testing of clusters (e.g. the need of manually analysing huge volumes of distributed results). In a previous work, we introduced a policy‐based adaptive framework (PHOEBE) that automates the usage of diagnosis tools in the performance testing of clustered systems, in order to improve a tester's productivity, by decreasing the effort and expertise needed to effectively use such tools. This paper extends that work by broadening the set of policies available in PHOEBE, as well as by performing a comprehensive assessment of PHOEBE in terms of its benefits, costs and generality (with respect to the used diagnosis tool). The performed evaluation involved a set of experiments in assessing the different trade‐offs commonly experienced by a tester when using a performance diagnosis tool, as well as the time savings that PHOEBE can bring to the performance testing and analysis processes. Our results have shown that PHOEBE can drastically reduce the effort required by a tester to do performance testing and analysis in a cluster. PHOEBE also exhibited consistent behaviour (i.e. similar time‐savings and resource utilisations), when applied to a set of commonly used diagnosis tools, demonstrating its generality. Finally, PHOEBE proved to be capable of simplifying the configuration of a diagnosis tool. This was achieved by addressing the identified trade‐offs without the need for manual intervention from the tester. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种新的计算机抗攻击自身免疫模型

提出了一种新的计算机抗攻击自身免疫模型,形式化地阐述了模型如何使得不合法的程序和代码不能够执行,合法的程序和代码不能够执行未授权访问;合法的程序和代码的可疑行为受到严格的控制但是可以根据不同的阈值来保证实用性。这种模型不需要计算和识别计算机攻击的具体特征,而通过直接消除攻击能够实施破坏和传播的前提条件,使得计算机系统对攻击具备自身免疫能力。     

军用飞机预测与健康管理系统性能度量体系研究

基于健康退化曲线对军用飞机故障预测与健康管理( PHM)技术的内涵、基本功能和能力需求进行探讨,在此基础上,以科学评价PHM( prognostics and health management)系统的诊断和预测能力为目标,从能力需求出发提出PHM系统性能度量方法体系(包括诊断性能度量、预测性能度量以及综合度量),并对...     

面向对象冗余服务系统的性能分析与测试

通过对面向对象冗余服务系统的性能指标分析 ,结合实际应用中用户最为关心的性能价格比问题 ,利用数学分析模型 ,找出了满足冗余系统服务的最优解 ,并在此基础之上 ,对冗余系统的性能进行了分析与测试