基于流水光总线阵列的快速数值计算并行算法.pdf

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第6卷第3期 扬州大学学报(自然科学版) V01.6No.3 2003年8月 JOURNAL0FYANGZHOUUNⅣERSETY(NATURALSC也NCEEDITl0N) A“g.2003 基于流水光总线阵列的快速数值计算并行算法 陈宏建1 陈 岐1。 李开荣1 罗家奇1 (1.扬州大学信息工程学院计算机科学与工程系,江苏扬州,225009 2.南京大学软件新技术国家重点实验室,江苏南京,210093) 摘要;介绍基于流水光总线的可重构线性阵列系统(LARPBs)模型及其快速数值计算并行算法,使人们 更加了解光总线并行计算模型及其优越性,为今后进~步研究光总线并行计算模型及其并行算法提供 帮助. 关键词。光总线}可重构光总线线性阵列系统模型}并行算法 301.6 中图法分类号:TP 文献标识码:A 文章编号:1007—824x(2003)03—0058一08 O引言 高性能计算能力不仅与国家的科技和经济发展紧密相关,而且直接影响到国防能力和国家安全, 是衡量国家实力的重要标志.我国的科技和国防对高性能计算提出了迫切的需求.数值计算并行算 法的研究一直是高性能计算的一个重要课题,它在核爆炸模拟、国家机要通信的加密与解密、数值气 象预报、石油地质勘探、计算生物化学、计算空气动力学以及遗传基因表示等方面都有着非常重要的 应用o“],而矩阵计算是最重要的数值计算,对其效率的改进与提高一直是人们关心和研究的问题. 很长时问以来,以电传输为基础的并行互连网络计算模型中矩阵乘法的效率只能是O(19Ⅳ)时间,这 几乎是时间效率最高的并行矩阵乘法.[31相应地,其他与矩阵乘法相关的数值计算,诸如矩阵的Ⅳ次 幂、矩阵的逆、矩阵的行列式、矩阵的特征值、矩阵的秩、线性方程组的求解等问题也一直保持在使用 0((19Ⅳ)s)时间.“’53但随着光纤技术的发展,采用光波导代替原先的电子信号在处理器间传递信息 成为新一代并行计算机结构的研究主流.目前,人们已经提出了一些可重构的光总线并行计算结构, 性阵列LARPBS.在这些光总线并行计算模型中,矩阵乘法这一瓶颈问题得到了很好的解决.在流水 光总线的线性阵列系统LARPBs中,矩阵乘法可以使用Ⅳ3个处理器在常数时间完成,其他相关问胚 的时间复杂度也相应下降.除矩阵的Lu分解和QR分解之外,其余矩阵运算可以使用O(Ⅳ‘)个处理 种种成果表明,基于流水光总线的可重构线性阵列模型LARPBs是一种高效的新型并行计算模型, 它为新一代并行计算机的系统结构和新型高性能并行计算机的研究提供了重要的基础.由于国内几 乎还没有人真正去研究基于流水总线的可重构线性阵列系统LARPBS并行计算模型及其并行算法, 再加上可重构的光总线并行计算模型上的资源调度策略、数据通讯机制以及许多实际应用问题的并 行算法及其性能评估方法、可扩放性和容错性等问题尚未得到很好解决,在此结构上虽然已有了一些 收稿日期:2002一儿一15 项目(99KJB520003) net E_m8·l:yzchJ@yzcn 万方数据 第3期 脒宏建等;基于流水光总线阵列的快速数值计算并行算法 59 问题的并行算法,但还有很多算法在复杂度、可扩放性、效率等方面未达到最优.因此,本文介绍的基 于流水光总线阵列LARBPs模型以及该模型上的快速数值计算并行算法,可为人们进一步研究光总 线并行计算模型提供帮助,以期设计出更高效的数值计算并行算法. 1 LARPBS模型的结构 在LARPBs模型中,以光波导代替原先的电 子信号作为处理器间信息传递的载体.光在传播 过程中不仅速度快,而且光信号具有单向传送性 和可预见的、精确的传输延时等特点.这些优点使 得多个光信号可以同时以流水线的方式在总线上 传输.图1所示为一条光总线与n个处理器的连接 结构.在此结构中,光总线上的各种信息按一定的

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