并行计算技术与并行算法综述

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1、并行计算技术与并行算法综述‘胡峰胡保生西安交通大学,是大摘要并行处理是计算数学与新一代计算机科学相结合的产物型科学计算和工程试验的支持工具。本文从并行处理的结构与分类、并行计算机系统与并行一算法、与同步并行算法、与同步异步并行算法、并行算法的构造原则与、,评价休系儿类常见科学问题的并行算法及并行处理的高级语言和应用软件开发等几个方,。面对并行处理技术及其发展现状进行了比较全面系统的综述关键词并行处理并行机并行算法,并行计算与并行算法是计算数学与新一计算机结构已经发展到了尽头未,。代计算机相结合的产物是大规模科学计算来的计算机结构应当是并行化的,、的理论基础和支持工具。近二十年来以并行计算技

2、术并行算法当科学技术发展到本世纪六七十年代和并行计算机结果为核心的并行化技术、,受到了国际国内计算数学界后工程与科学研究领域中涌现出一系列规模巨大、时限要求严格的数值计算问题例计算机科学界乃至整个工程技术与科学界的。如,卫星图象数据的分析处理、数值天气预广泛重视年月美国国防部提出的一报、风洞试验的数值分析与空气动力模拟、核份旨在保持其国际技术领先地位的报告中明、、“”聚变等离子模拟量子化学计算大型计量经确地将并行处理列为项重大项目的第,,项日本政府则将并行技术与软件工程和济模型分析等等向传统的手工计算和基,于,人工智能并列为重点发展的三大技术国内串行机计算技术提出了挑、战。并行技术在航天气

3、象和石油勘探等领域中,单处理器的机,既要受到也受到了极大的关注国家先后投巨资研制顺序处理的限制,其电信号传播速度又要受出了速度达亿次以上的巨型阵列式并行处理到光速限制,而且所采用的超大规模集成机银河号一和由台一藕。器件本身的开关速度也有物理极限。合而成的银河号一计算机因此,早期发展起来的以型计,并行处理的结构及分类算机为工具的串行处理技术其信号处理与数值计算速度越来越滞后于来自大型工程设并行处理,粗略地说,是将一项大的数据计的数值分析与科学计算的需要。为了克服处理与数值计算任务或任务的局部分裂成传统的型计算机结构对提高为多个可相互独立、同时进行的子任务,并通,运行速度的限制,从年代起人们就

4、开始过对这些子任务相互协调地运行和实现从而达到快速、高效地对给定问题求解的处理探索数值计算方法的并行化技术和计算结构。的并行化设计方法。甚至有人认为,方法并行处理通常涉及如下三个相互关联收稿日期一。一二西安交通大学研究生院墓金一资助项目《电脑与信息技术》年第期的方面计算技术的并行化、数值算法的并行一,由台改进型一紧密藕。,化和处理设备计算机结构的并行化合成的一日本日立公司生产的一,并行计算机的发展历程巨型机公司生产的簇超并行计算机,的发展大体上可划分为三个立体机等人倡导研制的,、,。,大的阶段即前期年以前初期脉动阵列机等等这一阶段美英和日本等和全盛期年以后。发达国家在巨型并行机研究上投入巨

5、大。等人年发表的《年月之后,公司又相继推出,可以说是并行化、计算机》历史上的一个重要了有个处理器的一个处理。。里程碑该文描叙了一个含又个处理单器的一和个处理器的一至,,元的维阵列它完全不同于以往串行机向此可以说并行处理机或巨型并行处理机的量流水线结构的计算机模型。不过,研究进入了迅速发展阶段。年期间美国伊利诺伊大学和鲍勒公司并行算法的发展历程研制的阵,列处理机一也是一个并行算法简单地说就是适合在并行计,。。又阵列它并没有完全实现这种结构尽管算机和向量计算机上求解问题的数值方法,《并行如此一阵列处理机的研制成功在算法结构》一文中将并“,仍不失为并行计算机发展史上的另一重要里行算法定义为多个并

6、发进程的集合这些进。,,程碑自此并行机从图纸上走入工程分司并程同时并相互协作地进行运行处理从而达。。”行机的研制进入了探索发展的初期到对给定问题的求解并行算法的研究最初年以前,并行机的研究大多数属于可以追溯到年代,它与并行计算机的研制概念性研究范围,真正生产出来并可投入实是同时进行的。用的并行机很少。较有影响的主要有一并行数值算法的发展大致可分成三个阶,、一阵列处理机以及年期段预研期年以前同步并行算法成间控制数据公司研制的一熟期与异步并行算法实践期年之后。流水线结构纵横加工向量机。这三个阶段与并行计算机发展的三个阶段相,。,随后年一向量机吻合主要原因是并行算法研究和开发离不在美国的国家实验

7、室开作为支持性计算工具的并行处理机发展状投入使用年研究公司推出的向况的制约。量,式并行处理机在实验室运转早期并行算法研究大多是建立在理想年第一台由只个处理单元形成的化的并行机模型川之上的单指令多数据分布式阵列处理器模型机安同步并行计算。差分方程组与代数装在伦敦玛丽女皇学院。方程组的求解、向量计算、矩阵计算、偏微年以后,控制数据公司的一分方程的数值解、快速变换的算法,改进为一改进为实现技术等一直占据并行算法研究的重要位一,