PIM-DFT:面向第一性原理计算的近存架构软硬件协同设计

摘要

第一性原理计算是材料分析、凝聚态物理、量子化学等领域用于研究物质性质的一种常见方法，同时也是一种典型的访存密集型应用.现代计算系统大多以计算为中心，计算和访存之间的性能差距大，程序的执行往往受限于访存密集部分.近存计算，是一种赋予存储端一定的计算能力的技术，被认为是解决访存移动瓶颈的非常具有潜力的方法.本文以第一性原理计算软件PWDFT为例，根据计算访存特征进行合理的划分与调度，结合以共享内存为核心的数据访问优化模式，提出了PIM-DFT近存架构软硬件协同设计.实验表明，采用近存计算技术能提高计算效率，相比于x86核心，PIM-DFT通过将计算负载卸载到靠近主存端的计算单元，取得了2.6倍的加速效果和约50%的能量节省.

关键词

计算机系统结构 / 高性能计算 / 近存计算 / 第一性原理计算 / PWDFT