依托鯤鵬處理器矩陣算力 中科大陳俊仕團(tuán)隊(duì)破解稀疏計(jì)算效率難題
從電路模擬的依托復(fù)雜推演到量子化學(xué)的微觀分析,大規(guī)模稀疏線性方程組的鯤鵬科高效求解是科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的核心需求。但傳統(tǒng)稀疏直接求解器因數(shù)據(jù)非零元分布稀疏且不規(guī)則,處理陳俊導(dǎo)致運(yùn)算低效、器矩算力浪費(fèi)等問題。陣算近日,力中率難中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院特任副研究員陳俊仕團(tuán)隊(duì),仕團(tuán)疏計(jì)算效在鯤鵬昇騰科教創(chuàng)新卓越中心的隊(duì)破算力支持下,創(chuàng)新研發(fā)出面向鯤鵬處理器矩陣算力基于密集kernel的解稀LU直接求解器,以密集運(yùn)算方式實(shí)現(xiàn)了稀疏計(jì)算的依托高效求解,成功突破傳統(tǒng)運(yùn)算瓶頸。鯤鵬科
該研究創(chuàng)新構(gòu)建了一種面向稀疏矩陣計(jì)算的處理陳俊密集計(jì)算范式,系統(tǒng)化解構(gòu)了傳統(tǒng)稀疏直接求解器的器矩性能瓶頸。團(tuán)隊(duì)通過將分散的陣算非零元整合為更加規(guī)整的密集數(shù)據(jù)塊,將不規(guī)則稀疏矩陣映射為統(tǒng)一稠密的力中率難大塊結(jié)構(gòu),進(jìn)而采用基于稠密矩陣運(yùn)算的數(shù)值分解算法,取代傳統(tǒng)稀疏運(yùn)算中聚合非零小分塊的碎片化計(jì)算模式,顯著降低了由不規(guī)則內(nèi)存訪問引發(fā)的計(jì)算與調(diào)度開銷,最終實(shí)現(xiàn)了計(jì)算效率與硬件利用率的協(xié)同優(yōu)化。
該方案的順利落地,深度依賴于鯤鵬平臺(tái)的計(jì)算特性。硬件層面,鯤鵬920新型號(hào)集成專用矩陣運(yùn)算單元,原生具備高密度數(shù)值分解運(yùn)算的高效承載能力,可精準(zhǔn)匹配密集數(shù)據(jù)塊的集中化處理需求;其多核架構(gòu)為大規(guī)模密集數(shù)據(jù)塊的并行運(yùn)算提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),避免算力閑置或過載。軟件層面,鯤鵬 KML 數(shù)學(xué)庫針對(duì)密集型矩陣運(yùn)算進(jìn)行深度優(yōu)化,通過底層算法與硬件架構(gòu)的協(xié)同,進(jìn)一步放大了密集運(yùn)算模式的性能潛力。經(jīng) 70 余個(gè)跨領(lǐng)域測試集驗(yàn)證,該方案性能較SuperLU 求解器平均加速32.2倍,在基礎(chǔ)硬件配置下實(shí)現(xiàn)了平均 9.6 倍性能加速,大幅壓縮了科學(xué)計(jì)算的時(shí)間成本。
目前,相關(guān)研究成果已發(fā)表于 CCF B 類國際會(huì)議 Euro-Par 2025,其核心技術(shù)已申請中國發(fā)明專利并獲得授權(quán)。此次成果是鯤鵬平臺(tái)在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的典型實(shí)踐,該方法對(duì)于現(xiàn)代高性能處理器上稀疏計(jì)算問題的高效求解、充分地發(fā)揮處理器上的矩陣運(yùn)算單元具有很好的應(yīng)用價(jià)值。未來,隨著鯤鵬生態(tài)的持續(xù)完善,其在高性能計(jì)算領(lǐng)域的賦能作用將進(jìn)一步凸顯,助力更多科研團(tuán)隊(duì)突破技術(shù)難關(guān),推動(dòng)科研成果加速落地轉(zhuǎn)化。
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