محاسبات موازی ترکیبی شبیهسازیهای فیزیک را سرعت میبخشد
بیست سال پیش، لیست TOP500ابرکامپیوترهای پردازش برداری مجهز به حداکثر هزار واحد پردازشی تحت سلطه بودند. بعدها، این ماشینها با خوشههایی برای محاسبات موازی انبوه جایگزین شدند، که به زودی بر لیست غالب شد و محاسبات توزیعشده را به وجود آورد. اولین خوشه ها از پردازنده های اختصاصی تک هسته ای در هر گره محاسباتی استفاده کردند، اما به زودی، پردازنده های اضافی روی گره قرار گرفتند که نیاز به اشتراک گذاری حافظه داشتند. قابلیتهای این ماشینهای موازی با حافظه مشترک، خبر از تغییر دریا به سمت پردازندههای چند هستهای میدهد که به الگوریتمهای قوی و کافی در انواع برنامههای محاسباتی نیاز دارد. با نگاهی به لیست TOP500 امروز، میتوان مشاهده کرد که اکثر خوشهها از تعداد بسیار زیادی گره محاسباتی با سوکتهای متعدد و حداکثر هشت هسته در هر پردازنده چند هستهای در هر سوکت تشکیل شدهاند. تکنیکهای محاسبات موازی برای رایانههای حافظه مشترک با روشهایی که هنگام محاسبه روی خوشهای با حافظه توزیعشده استفاده میشوند، متفاوت است. این مستلزم یک ترکیب (رویکرد ترکیبی برای محاسبات موازی کارآمد.
حافظه مشترک و توزیع شده
محاسبات موازی اساساً از دو مجموعه کلاسیک مختلف تشکیل شده است: حافظه مشترک و حافظه توزیع شده . تفاوتهای ساختاری زیادی بین این دو رویکرد وجود دارد، حتی اگر هدف در نهایت یکسان باشد – انجام محاسبات سریعتر و بزرگتر با استفاده از سختافزار موازی. ( نکته: آموزش آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور مقدمه ای مفصل برای محاسبات موازی ارائه می دهد. )
نام هر روش بیانگر تفاوت اساسی بین این دو است. در مورد حافظه مشترک، قسمت های توزیع شده برنامه کلی که به طور موازی در حال اجرا هستند، همگی فضای حافظه یکسانی دارند. این سرعت را هنگام انتقال داده ها بین هسته ها و پردازنده ها فراهم می کند. با این حال، اشکال عمده محاسبات حافظه مشترک این است که منابع محاسباتی در یک گره حافظه مشترک محدود است. هنگامی که اندازه مشکل افزایش می یابد یا باید از هسته های بیشتری برای کاهش تعداد محاسبات در هر هسته استفاده شود، منابع اضافی نمی توانند اضافه شوند. محاسبات حافظه مشترک مقیاس خوبی ندارد .
در محاسبات حافظه توزیع شده، حافظه مشترک نیست، بلکه بین چندین فرآیند موازی توزیع می شود. این فرآیندها باید به طور صریح با ارسال “پیام” با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در نتیجه، ارتباط و همگام سازی زمان بیشتری را مصرف می کند و میزان ارتباط باید با بهره برداری از موقعیت داده ها و الگوریتم های بهبود یافته به حداقل برسد. مزیت بزرگ محاسبات حافظه توزیع شده این است که معمولاً به خوبی مقیاس می شود و منابع اضافی (گره ها و در نتیجه هسته ها و حافظه نیز) می توانند به راحتی در صورت وجود اضافه شوند.
به عنوان یک قاعده کلی، زمانی که کامپیوتری با هسته های زیاد داریم باید از حافظه مشترک استفاده کنیم و زمانی که خوشه ای متشکل از چندین گره محاسباتی داریم از حافظه توزیع شده استفاده کنیم.
محاسبات موازی ترکیبی
هنگامی که به چگونگی توسعه بازار پردازنده نگاه می کنیم، می توانیم روند واضحی را مشاهده کنیم که پردازنده ها دیگر با افزایش فرکانس کلاک عملکردی به دست نمی آورند، بلکه بیشتر و بیشتر به هسته های بیشتری مجهز می شوند. اولین پردازنده دو هسته ای x86 توسط AMD در سال 2004 عرضه شد . در نیمه دوم سال 2013، اینتل پردازندهای با 12 هسته عرضه کرد و اگر بخواهیم شایعات را باور کنیم، فناوری Knights Landing اینتل میتواند دارای 72 هسته باشد !
این همچنین به این معنی است که خوشههایی با گرههای محاسباتی تک هستهای نادر هستند. اکثر خوشه های لیست TOP500 دارای گره های محاسباتی مجهز به هشت هسته در هر سوکت هستند. تنظیم مشابهی برای خوشه های محاسباتی با اندازه کوچک و متوسط اعمال می شود. این پیکربندیهای گسترده، استفاده همزمان از مکانیزمهای حافظه مشترک برای محاسبات درونگرهی و مکانیزمهای حافظه توزیعشده برای محاسبات بینگرهی را اجتنابناپذیر میسازد. هدف از اینجا به حداکثر رساندن مقیاس پذیری، به حداقل رساندن ارسال پیام پرهزینه و استفاده از قدرت حافظه مشترک در یک رویکرد واحد به نام محاسبات موازی ترکیبی است.. ترکیب مکانیسمهای حافظه مشترک و توزیع شده در یک روش ترکیبی، ابزاری همه کاره برای سازگاری با انواع پلتفرمهای محاسباتی فراهم میکند. انتخاب روش مناسب برای ترکیب دو روش موازی سازی، محاسبات را سرعت می بخشد، مقیاس پذیری را افزایش می دهد و امکان استفاده کارآمد از سخت افزار را فراهم می کند.
نرم افزار COMSOL و موازی سازی ترکیبی
به طور پیشفرض، وقتی نرمافزار COMSOL® را روی یک ایستگاه کاری چند هستهای موازی یا رایانه شخصی راهاندازی میکنید، همه هستههای موجود برای موازی کردن محاسبات با استفاده از رویکرد حافظه مشترک استفاده میشوند. هنگام کار بر روی یک ایستگاه کاری یا روی یک خوشه، شما به عنوان یک کاربر می توانید نحوه اعمال موازی سازی را کنترل کنید. شما می توانید انتخاب کنید که آیا می خواهید آن را در حالت حافظه توزیع شده، در حالت حافظه مشترک یا در حالت ترکیبی اجرا کنید. می توانید شرح مفصلی از نحوه انجام این کار را در دفترچه راهنمای COMSOL بیابید.
COMSOL Multiphysics® و محصولات افزودنی آن برای محاسبات فیزیک جفت شده طراحی شده اند. نحوه انتخاب پیکربندیهای موازی بهینه تا حد زیادی به فیزیک زیربنایی، سطح کوپلینگها در مدل، اندازه مسئله و انتخاب حلکننده بستگی دارد. کنترلهای ریزدانهای که برای شما ارائه میشود، یافتن بهترین تنظیمات موازی نرمافزار COMSOL را برای مشکل خود ممکن میسازد.
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید