高阶稀疏矩阵向量乘的可扩展异构并行算法及其在电磁计算中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61472124
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0202.系统软件、数据库与工业软件
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Sparse matrix and vector multiplication(SpMV) is a fundamental problem in integral and differential methods of computational electromagnetics. Some tens of billions scale sparse matrices will be produced in large and complex electromagnetic scattering calculation process, and these sparse matrixes have irregularity which contains some isolated points, and the size has been reached billions result to new challenges of scalability for high performance computing. CPU/GPU-based parallel computing for normal SpMV is at a preliminary stage, while the research of unnnormal SpMV on the large scale heterogeneous parallel supercomputer is little and not enough. Nevertheless, the heterogenous parallel supercomputer is one of development trend for high performance computing area. To solve them in electromagnetic scattering calculation process, Some algorithmes for SpMV simply sacrifice certain accuracy in order to ensure the performance of the calculation.However, the results in such way are often not suit for the parctical inviroment. To take full advantage of the parallel computing power of thousands of heterogeneous compute nodes, it has great significance to research the efficient and scalable parallel algorithms and programs for more than billions scale SpMV in electromagnetic scattering computing based on the domestic large-scale heterogeneous Supercomputer platform. According to CPU/GPU/MIC heterogeneous computing features and available computing resources type, this project intends to carry out deep investigation work in blocked and compressed storage algorithm of sparse matrix, the computing tasks segmentation and the mapping strateges between the tasks and the computational resources, collaborative programming and compiling techniches, and the performance optimization methods for unnormal SpMV on heterogeneous Supercomputer platform, etc,. This study will explore large-scale heterogeneous parallel processing technology for SpMV which is a basic computational module in numerical computation, and thus it will has considerable significance to electromagnetism field and other engineering fields.
稀疏矩阵与向量的乘积(SpMV)是工程与科学计算的七个共性基础模块之一,也高性能计算重要应用领域电磁计算积分和微分法中的基础问题,复杂电磁场散射应用计算过程中产生的稀疏矩阵,不仅因不规则场导致矩阵中具有多孤立点不规则性,且规模已达数百亿量级,对高性能计算的可扩展性提出了新挑战。尽管规则SpMV基于CPU或GPU并行计算成果较丰,但少见对SpMV在近来不断涌现的P级异构超算上的协同并行研究.鉴此,本项目以电磁散射应用中百亿阶以上SpMV基于国产异构超算平台的可扩展并行算法为研究目标,拟研究不规则稀疏矩阵针对可用CPU/GPU/MIC异构结构的分块、压缩存储算法、计算任务的分割和映射,及其在异构超算平台的并行协同编程、编译以及算法性能优化技术,解决不规则SpMV并行负载不均衡、难协同计算等技术问题。本项目将不仅对SpMV的大规模异构并行处理技术展开研究,还将实践理论成果在电磁计算中的应用.

结项摘要

项目资助期间,立足于高性能异构并行计算的研究前沿,充分利用并行计算、并行调度、异构计算算等理论和技术成果,侧重于新理论、新技术和新方法的研究,采用理论和实验相结合的方式,针对来源于电磁计算应用的稀疏矩阵及稀疏矩阵向量乘算法在异构计算环境中的资源分配及数据存取过程,完成了稀疏矩阵稀疏模式及其压缩格式、异构环境中的 SpMV 协同编程技术、稀疏矩阵向量乘(SpMV)异构并行算法、面向CPU-GPU异构编程框架和任务调度及访问控制模型的建立等基础性研究工作;发表学术论文24篇,其中 IEEE/ACM Transactions 论文7篇,被 SCI 收录23篇,申请国家发明专利1项。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Framework of Price Bidding Configurations for Resource Usage in Cloud Computing
云计算中资源使用的竞价配置框架
  • DOI:
    10.1109/tpds.2015.2495120
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Li Kenli;Liu Chubo;Li Keqin;Zomaya Albert Y.
  • 通讯作者:
    Zomaya Albert Y.
Energy Optimization for Data Allocation With Hybrid SRAM plus NVM SPM
使用混合 SRAM NVM SPM 进行数据分配的能量优化
  • DOI:
    10.1109/tcsi.2017.2720678
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems I-Regular Papers
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Wang Yan;Li Kenli;Zhang Jun;Li Keqin
  • 通讯作者:
    Li Keqin
A parallel computing method using blocked format with optimal partitioning for SpMV on GPU
GPU上SpMV最优分区分块格式并行计算方法
  • DOI:
    10.1016/j.jcss.2017.09.010
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Computer and System Sciences
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Yang Wangdong;Li Kenli;Li Keqin
  • 通讯作者:
    Li Keqin
A hybrid computing method of SpMV on CPU-GPU heterogeneous computing systems
CPU-GPU异构计算系统上的SpMV混合计算方法
  • DOI:
    10.1016/j.jpdc.2016.12.023
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Journal of Parallel and Distributed Computing
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Yang Wangdong;Li Kenli;Li Keqin
  • 通讯作者:
    Li Keqin
A novel cooperative accelerated parallel two-list algorithm for solving the subset-sum problem on a hybrid CPU-GPU cluster
一种新颖的协作加速并行二列表算法,用于解决混合 CPU-GPU 集群上的子集和问题
  • DOI:
    10.1016/j.jpdc.2016.07.003
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Parallel and Distributed Computing
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wan Lanjun;Li Kenli;Li Keqin
  • 通讯作者:
    Li Keqin

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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