2024GMVPS案例巡展｜中国科学院计算机网络信息中心-面向国产超算系统跨平台可移植的并行框架软件方案

2025-02-10

以下文章来源于微信公众号——全球计算联盟GCC

全球计算产业应用案例汇编征集活动（简称GMVPS）由全球计算联盟GCC主办，2024年度共收集到来自会员单位累计近50份案例申报参与，汇集年度技术创新类、智慧行业应用类、可持续发展类典型案例，经过编审集结成册。GCC官方微信平台特设GMVPS案例巡展栏目，邀您见证全球计算产业的前沿成果与创新力量！

面向国产超算系统

跨平台可移植的并行框架软件方案

案例基本信息

案 例 名 称：面向国产超算系统跨平台可移植的并行框架软件方案

牵头申报单位：中国科学院计算机网络信息中心

案例简介

目前国产超算平台架构多样，不同国产超算平台编程模型不同，给应用程序在多平台上的实现和调优工作带来巨大的挑战。本案例面向一套源码跨平台可移植的需求，开发了一种面向国产超算平台的统一编程框架软件，以解决不同超算平台之间软件性能可移植问题，提高国产超算平台的软件开发效率和应用性能。框架软件采用组件化设计和统一编程接口，研究不同平台的统一内存管理策略，支持不同架构的国产超算平台，实现高效的并行计算和优化编程。通过提供丰富的工具和库，简化开发和调试过程，同时支持灵活的配置选项和定制化功能，使开发者能够个性化选择和优化策略。为国产超算平台的软件开发和应用提供一个通用且可靠的工具，助力超算领域的生态发展。

案例亮点

一套源码可在不同架构的超算系统下运行。

针对不同架构的并行特性和内存结构优化，性能和原生语言持平。

对并行编程细节的高度抽象，降低并行编程难度及代码量。

编委专家评语

该方案提出了国产超算平台的统一编程框架软件解决不同超算平台之间软件性能可移植问题，特别是强化了对于国产化算力的支持，已经在海洋环流模拟等超算应用中显现了成效，并已获得了业界高度认可，具有很好的经济和社会效益。

案例详细信息1. 技术创新突破概述

本案例在软件技术方面的创新性主要表现在开发了一套面向国产超级计算系统的跨平台可移植并行框架软件。该框架软件通过拓展开源性能可移植编程框架Kokkos，增加了对国产超算架构如申威众核年度技术创新类（前沿技术突破）处理器及其编程模型的支持，同时针对对国产类GPU（Graphics Processing Unit）、华为鲲鹏等架构的硬件特性进行优化。使C++中仿函数（Functor） 、匿名函数（Lambda expression）、模板元编程（Template Metaprogramming）等功能特性开发统一内存管理和统一编程接口。区别于以往的转码机制，实现由源码直接编译生成能运行在不同国产超级计算系统上的二进制可执行文件。

框架软件采用组件化开发，将并行编程中节点内、节点间的诸多细节进行封装和抽象，形成可复用的组件库，典型功能有：结合不同硬件平台上异构硬件特性对异构设备主备端内存管理的实现进行优化，提供主备数据批量自动处理操作接口，减少用户对主备端内存空间管理的工作量；研究和实现通信算法的统一接口或关键字，隐藏节点间通信的内部实现细节，简化领域应用跨平台协同的复杂性。这不仅提升了代码的可维护性和可扩展性，也显著加快了应用程序的开发速度。

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