E级计算运行时系统结构研究.PDF

2 《高性能计算发展与应用》 2014年第三期 总第四十八期 E级计算运行时系统结构研究  吴伟 卿鹏 何王全 江南计算技术研究所 无锡 214083 摘要： 本文从E级计算运行时系统的需求和挑战出发，跟踪国内外相关研究热点，分析大型高性 能计算机系统运行时组成的显著特点或技术发展趋势，阐述知名研究机构的运行时系统研究情 况，并对E级计算运行时系统的结构组成和设计思路进行了总结。 关键词：E级计算、运行时系统、高性能计算机 [2][3] 1. 引言 基于这些显著特征，综合各方的研究成果 以 随着计算机系统组成和应用的不断发展，特别 及我们的思考，本文认为运行时系统面临的挑战主 是高性能计算机领域技术的不断进步，对于运行时 要包括可用性、功耗、存储、可扩展性和可编程性 系统的认识已越来越清晰。运行时系统提供了许多 等五个方面。 操作系统缺失或缺乏的关键服务，其作为计算机系 可用性：在E级系统中，计算和存储部件数量迅 统的独立组成并发挥越来越重要的作用。 速增加，频繁使用低电压和新工艺技术都会导致错 传统的运行时系统提供程序运行所需的运行时 误发生概率迅速提升；芯片厂商为降低功耗会有意 内存管理封装、进程管理封装、错误处理等部分， 缩减错误检测和恢复电路，更使得面向异构系统的 而多核、众核以至E级计算背景下，运行时系统的结 错误检测和恢复的难度增加；传统的容错技术难以 构组成及其设计思路仍是一个值得研究的问题。本 有效发挥作用，需要硬件、软件和应用协同配合。 研究从需求和挑战出发，分析、总结E级计算背景下 因此，运行时系统弹性支持的研究越发重要，可包 运行时系统的国内外研究情况，希望对该领域研究 括错误检测、错误通知、错误管理、生存能力等方 人员提供借鉴意义。 面的挑战。 功耗：功耗的挑战来自于一个明显的矛盾， 2. E级计算对运行时系统的挑战 即巨大的计算能力需求与有限的功耗预算之间的矛 [1] 盾。功耗对运行时系统的具体挑战包括需要提供分 美国能源部提出了一个E级系统的目标 ，如图 1所示。图中能够看出E级系统的几个关键特征：包 级的功耗管理、能够适应动态资源变化以及提供全 括功耗要得到有效控制、存储和系统规模很大、节 局优化手段。 点内的并行度有很大提升、MTTI时间缩短等。另一 存储：存储系统是功耗的主要产生者，新的存 方面，E级系统采用异构结构是极为可能的发展趋 储器技术将要瞄准减少功耗开销，运行时系统必须 势，节点中可能包含各种类型的核心并拥有多层次 对这些新技术提供支持。E级系统中单节点内存储 的存储器。这些特征都会自然地引申出相应的挑战。 类型很多，需要运行时系统提供有效的数据移动策