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邁向次世代巨量平行計算:GASPI簡介

101/10/05 瀏覽次數 986
高度的平行計算能力是現今超級電腦十分重要的性能指標之一,1994年公布其第1版的MPI(Message Passing Interface),可謂是平行計算普及化與標準化的重要推手。MPI的主要功能是做為應用程式與程式庫軟體之間的訊息傳遞介面,在多電腦或異質網路電腦系統的環境下,協調多個中央處理器(CPU)之間的資料與訊息傳遞,讓平行計算得以順利實現。MPI具有優異的記憶體緩衝管理功能,更有著標準化的優勢,因此在科學研究的計算領域上非常流行。但在目前超級電腦的計算規模快速發展的情勢下,計算能力達每秒1018次的Exa級超級電腦有可能在2020年前就會誕生,屆時已有20餘年歷史的MPI是否有足夠的能力應付這個大變局?

面對未來巨量平行計算的挑戰,由德國主導[1]的GASPI(Global Address Space Programming Interface)[2]是一個可能的解決方案。GASPI基於「分區全域位址空間」(Partitioned Global Address Space, PGAS)[3]概念設計而成。簡而言之其提供了一個抽象的共享記憶體位址空間,讓每個程式的執行緒[4]都可以直接讀/寫它。程式設計者可以依照資料的大小等性質,決定要將資料送至該空間,抑或是直接在地進行運算。這種設計可以有效簡化程式設計工作,同時也有利於在地運算、基於執行緒的程式運作和非同步通訊的實現。而這些特性對於未來平行計算中巨大化的資料量與網路傳輸時間,均有正面的助益。GASPI具有高度的可擴充性、多功能性、容錯機能與使用彈性之外,向下相容更是它的一大賣點。GASPI的開發目標之一便是可與現有的MPI相容,這表示習慣於MPI的程式開發者不必花費太大的精力就可以將程式轉移到GASPI上。

目前看來,GASPI雖然有著許多不錯的特性,但是否會成為次世代平行計算的標準可能還言之過早。同樣基於PGAS概念,由美國橡樹嶺國家實驗室所開發的OpenSHMEM[5]便提供了另一項選擇。無論是哪一個能正式成為MPI的接班人,或是屆時依舊由MPI獨挑大樑,相信都是今後高速計算界必須注意觀察的趨勢。

參考資料
  1. GASPI由德國聯邦教育及研究部「資訊通信技術2020計畫:為創新而研究」(ICT 2020)所資助,該計畫詳見www.bmbf.de/pub/ict_2020.pdf。
  2. GASPI的官方網站:www.gaspi.de
  3. PGAS的官方網站:www.pgas.org
  4. 執行緒(Thread)為程式碼載入記憶體中的執行軌跡,是電腦能夠進行運算排程的最小單位。
  5. OpenSHMEM的官方網站:openshmem.org。
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