swDaCe:一种申威众核处理器上以数据为中心的并行编程模型设计与实现

摘要

高性能科学计算是超级计算机的核心应用领域，包括粒子模拟、气候分析等关键任务.然而，随着摩尔定律逐渐失效，超级计算机体系结构日益趋向异构和复杂，导致科学计算应用的开发和优化变得更加困难.为解决这一问题，本文基于新一代申威超级计算平台，提出并实现了一种以数据为中心的并行编程模型——swDaCe.该模型通过解耦数据流图优化与原始程序，使得编程人员可以使用Python描述计算逻辑，并最终生成适配申威众核架构的高性能C++代码.此外，本文提出了一系列针对申威架构的数据流优化方法，包括从核任务映射、向量化并行以及DMA访存优化，以充分利用申威众核处理器的计算能力.实验结果表明，swDaCe生成的代码在稀疏矩阵计算等典型应用中实现了显著的性能提升，单核组加速比达到25倍以上，验证了该框架在申威架构上的有效性.

关键词

新一代神威平台 / 异构众核处理器 / 数据流编程 / 并行计算 / 稀疏矩阵乘