面向新一代国产超算系统的统一并行编程模型与并行编译

Overview

高性能计算是世界各国竞相争夺的战略制高点，是国家综合国力和科技创新力的重要指标。“高性能计算”重点专项以研制新一代国产超算系统及应用为目标，聚焦高性能计算机研制、系统与计算应用软件研发、超算互联网构建三个主要方向，统筹考虑并制定高性能计算技术的战略研究路线，持续保持我国高性能计算机研制与应用水平处于世界领先地位。随着摩尔定律发展的逐渐放缓，基于异构处理器的高性能计算机逐渐成为主流。天河、神威、曙光系列等国产超算系统的异构处理器架构复杂多样，显著增大了并行编程和不同国产超算系统间的并行程序移植的难度。因此，研究面向新一代国产超算系统的统一并行编程模型与并行编译，对构建可持续发展的高性能计算生态环境有着重要的支撑作用。

针对上述问题，本项目拟研制面向国产超算系统的统一并行编程模型、编程语言、并行编译系统和运行调度框架，支持并行程序在国内主流超算系统上的程序移植，包括神威系列、天河系列、曙光系列等。采用该并行编程模型编写的并行程序，无需修改代码就能够直接在国内自主研制的多台国产超算系统上直接编译与运行，执行性能达到本地编译系统性能的80%以上，为解决不同国产超算系统间的并行程序移植难题提供保障。

本项目针对如何在不同国产超算系统上实现高效率的统一编程、如何在多样化架构上构建统一编译中间表示、如何在复杂多样的国产异构处理器上生成高效目标代码、如何在超大规模异构高性能计算机上提供高效运行时支持四个关键科学问题开展研究。本项目涉及的研究任务划分为四个研究课题：（1）统一并行编程模型与示范应用：研究支持描述不同异构处理器硬件特性的统一编程模型和编程语言，实现不同国产超算系统的统一编程，并基于此研究高层抽象，进一步降低并行编程复杂性，同时通过示范应用开展技术验证；（2）统一中间表示与多层次优化：建立面向不同国产超算系统的统一中间表示，研究基于统一中间表示的多层次优化技术，提炼跨国产超算系统的共性编译优化，构建适用于多台国产高性能计算机的共性编译基础设施；（3）体系结构感知的并行编译优化：研究感知国产超算体系结构的并行编译优化方法，全方位感知加速单元、多级存储层次、微架构等硬件特性，同时研究针对不同架构的自调优技术，最大程度地释放国产超算的计算潜能。（4）异构超大规模系统运行时设计与优化：研究面向统一并行编程模型的公共运行时实现，并研究感知不同异构硬件拓扑的特色运行时优化，同时研究弹性调度技术支持并行程序扩展至超大规模系统。