معايير الأداء المتوازية لـ NAS

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

معايير الأداء المتوازية التابعة لوكالة ناسا ( NPB ) هي مجموعة من المعايير التي تستهدف تقييم أداء الحواسيب العملاقة المتوازية للغاية . يتم تطويرها وصيانتها من قبل قسم الحوسبة الفائقة المتقدمة التابع لوكالة ناسا (NAS) (المعروف سابقًا باسم برنامج المحاكاة الديناميكية الهوائية العددية التابع لوكالة ناسا) ومقره مركز أبحاث ناسا أميس . يطلب قسم الحوسبة الفائقة المتقدمة التابع لوكالة ناسا نتائج الأداء لمعايير الأداء المتوازية من جميع المصادر. [ 1 ]

تاريخ

تحفيز

كانت المعايير التقليدية التي سبقت NPB، مثل حلقات ليفرمور ، ومعيار LINPACK ، وبرنامج NAS Kernel Benchmark ، مُخصصة عادةً للحواسيب المتجهة. وعانت هذه المعايير عمومًا من أوجه قصور، منها قيود الضبط التي تعيق التوازي، وعدم كفاية أحجام المسائل، مما جعلها غير مناسبة للأنظمة عالية التوازي. وبالمثل، لم تكن معايير التطبيقات واسعة النطاق مناسبةً نظرًا لارتفاع تكلفة نقلها وعدم توفر أدوات التوازي البرمجية التلقائية. [ 2 ] ونتيجةً لذلك، طُوِّرت NPB في عام 1991 [ 3 ] وأُصدرت في عام 1992 [ 4 ] لمعالجة النقص الناتج في المعايير القابلة للتطبيق على الأجهزة عالية التوازي.

NPB 1

أقرت المواصفات الأولى لـ NPB بأن المعايير يجب أن تتضمن

  • أساليب خوارزمية وبرمجية جديدة تراعي التوازي،
  • العمومية والحيادية المعمارية،
  • سهولة التحقق من صحة النتائج وأرقام الأداء،
  • القدرة على استيعاب أنظمة جديدة ذات طاقة متزايدة،
  • وسهولة التوزيع.

في ضوء هذه الإرشادات، اعتبر النهج الوحيد القابل للتطبيق هو استخدام مجموعة من المعايير "الورقية والقلمية" التي تحدد مجموعة من المشكلات بشكل خوارزمي فقط وتترك معظم تفاصيل التنفيذ لتقدير المنفذ في ظل حدود ضرورية معينة.

حددت NPB 1 ثمانية معايير، كل منها ضمن حجمين للمسألة يُطلق عليهما الفئة أ والفئة ب . وتم توفير نماذج برمجية مكتوبة بلغة فورتران 77. استخدمت هذه النماذج حجم مسألة صغيرًا من الفئة س ، ولم تكن مُخصصة لأغراض قياس الأداء. [ 2 ]

NPB 2

منذ إصداره، أظهر برنامج NPB 1 نقطتي ضعف رئيسيتين. أولاً، نظراً لمواصفاته التي تعتمد على الورق والقلم، اعتادت شركات تصنيع الحواسيب على تحسين تطبيقاتها بشكل كبير، مما جعل أداءها صعباً على المبرمجين العلميين. ثانياً، كانت العديد من هذه التطبيقات ملكية خاصة وغير متاحة للعموم، مما أخفى فعلياً تقنيات التحسين المستخدمة فيها. ثالثاً، تأخرت أحجام مسائل NPB 1 عن تطور الحواسيب العملاقة مع استمرار تطورها. [ 3 ]

أُصدرت النسخة الثانية من برنامج NPB عام 1996، [ 5 ] [ 6 ]، وتضمنت تطبيقات برمجية لخمسة من أصل ثمانية معايير قياس أداء محددة في النسخة الأولى، وذلك لتكميلها لا استبدالها. وقد وسّعت هذه النسخة معايير القياس بإضافة فئة حجم مشكلة حديثة ( الفئة C) . كما عدّلت قواعد تقديم نتائج قياس الأداء، حيث تضمنت القواعد الجديدة طلبات صريحة لملفات الإخراج، بالإضافة إلى ملفات المصدر المعدلة وبرامج البناء لضمان إتاحة التعديلات للعموم وإمكانية إعادة إنتاج النتائج. [ 3 ]

احتوى الإصدار NPB 2.2 على تطبيقات لمعيارين إضافيين. [ 5 ] وكان الإصدار NPB 2.3 الصادر عام 1997 أول تطبيق كامل باستخدام MPI . [ 4 ] وقد صدر مع نسخ تسلسلية من المعايير متوافقة مع النسخ المتوازية، وحدد فئة حجم المشكلة W للأنظمة ذات الذاكرة الصغيرة. [ 7 ] وقدم الإصدار NPB 2.4 الصادر عام 2002 تطبيقًا جديدًا باستخدام MPI، وأدخل فئة حجم مشكلة أخرى أكبر حجمًا هي D. [ 6 ] كما أضاف إلى أحد المعايير أنواعًا فرعية كثيفة الإدخال/الإخراج . [ 4 ]

NPB 3

احتفظت NPB 3 بتنفيذ MPI من NPB 2، وصدرت بإصدارات متعددة، هي OpenMP [ 8 ] ، وJava [ 9 ] ، و Fortran عالية الأداء [ 10 ] . استُمدت هذه التطبيقات المتوازية الجديدة من الشفرات التسلسلية في NPB 2.3 مع تحسينات إضافية [ 7 ] . أضافت NPB 3.1 وNPB 3.2 ثلاثة معايير قياس أداء أخرى [ 11 ] [ 12 ] ، والتي لم تكن متاحة في جميع التطبيقات؛ وقدمت NPB 3.3 حجم مشكلة من الفئة E [ 7 ] . استنادًا إلى NPB 3 أحادي المنطقة، تم إصدار مجموعة من معايير قياس الأداء متعددة المناطق، التي تستفيد من نموذج البرمجة الهجين MPI/OpenMP، تحت اسم NPB-Multi-Zone ( NPB-MZ ) لاختبار فعالية نماذج وأدوات التوازي متعددة المستويات والهجينة [ 1 ] [ 13 ].

المعايير

اعتبارًا من NPB 3.3، تم تعريف أحد عشر معيارًا كما هو ملخص في الجدول التالي.

المعيارالاسم مشتق من [ 2 ]متاح منذالوصف [ 2 ]ملاحظات
إم جيشبكة متعددة​​NPB 1 [ 2 ]تقريب حل معادلة بواسون المنفصلة ثلاثية الأبعاد باستخدام طريقة الشبكة متعددة الدورات V
CGتدرج مترافق G​تقدير أصغر قيمة ذاتية لمصفوفة متناظرة موجبة محددة كبيرة ومتفرقة باستخدام التكرار العكسي مع طريقة التدرج المترافق كإجراء فرعي لحل أنظمة المعادلات الخطية
FTتحويل فورييه السريع​​حل معادلة تفاضلية جزئية ثلاثية الأبعاد باستخدام تحويل فورييه السريع (FFT).
يكونفرز الأعداد الصحيحة​فرز الأعداد الصحيحة الصغيرة باستخدام فرز الدلو [ 5 ]
EPمتوازية بشكل محرج​قم بتوليد متغيرات عشوائية غاوسية مستقلة باستخدام طريقة مارساجليا القطبية
بي تيكتلة B T قطريحل نظام اصطناعي من المعادلات التفاضلية الجزئية غير الخطية باستخدام ثلاث خوارزميات مختلفة تتضمن نوى حل ثلاثية القطر الكتلية ، وخماسية القطر العددية، والاسترخاء المتتالي المتناظر (SSOR)، على التوالي
  • يحتوي معيار BT على أنواع فرعية كثيفة الإدخال/الإخراج [ 4 ]
  • جميع المعايير الثلاثة لها إصدارات متعددة المناطق [ 13 ]
إس بيS قياسي P خماسي قطري [ 6 ]
لوجاوس - سيدل المتناظر السفلي - العلوي [ 6 ]
يو إيهالتكيف غير المنظم [ 11 ]​NPB 3.1 [ 7 ]حل معادلة الحرارة مع مراعاة الحمل الحراري والانتشار الناتج عن كرة متحركة. الشبكة قابلة للتكيف ويتم إعادة حسابها كل 5 خطوات.
العاصمة واشنطنمشغل مكعب البيانات [ 12 ]​​
DTحركة البيانات [ 7 ]​​NPB 3.2 [ 7 ]

مراجع

  1. 1 2 "تغييرات معايير الأداء المتوازية التابعة لوكالة ناسا" . قسم الحوسبة الفائقة المتقدمة التابع لوكالة ناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 فبراير 2009 .
  2. 1 2 3 4 5 بيلي، د.؛ بارزكس، إي؛ بارتون، J.؛ براوننج، د.؛ كارتر، ر. داغوم، ل.؛ فتوحي، ر.؛ فاينبيرج، إس. فريدريكسون، ب. Weeratunga, S. (مارس 1994)، "المقاييس المتوازية لـ NAS" (PDF) ، التقرير الفني لـ NAS RNR-94-007 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  3. 1 2 3 بيلي، د.؛ هاريس، T .؛ سفير، دبليو؛ فان دير ويجنجارت، ر.؛ وو، أ؛ Yarrow, M. (December 1995), “The NAS Parallel Benchmarks 2.0” (PDF) , NAS Technical Report NAS-95-020 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  4. 1 2 3 4 وونغ، ص؛ فان دير ويجنجارت، ر. (يناير 2003)، "NAS Parallel Benchmarks I/O Version 2.4" (PDF) ، التقرير الفني NAS NAS-03-002 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  5. 1 2 3 سافير، دبليو؛ فان دير وينجارت، آر؛ وو، إيه؛ يارو، إم، تطبيقات ونتائج جديدة لمعايير الأداء المتوازية التابعة لناسا 2 (ملف PDF) ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  6. 1 2 3 4 van der Wijngaart, R. (أكتوبر 2002)، "NAS Parallel Benchmarks Version 2.4" (PDF) ، التقرير الفني لـ NAS NAS-02-007 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  7. 1 2 3 4 5 6 "تغييرات معايير الأداء المتوازية التابعة لوكالة ناسا" . قسم الحوسبة الفائقة المتقدمة التابع لوكالة ناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مارس 2009 .
  8. ^ جين، هـ. فرومكين، م. Yan, J. (أكتوبر 1999)، "تطبيق OpenMP للمعايير المتوازية لـ NAS وأدائها" (PDF) ، التقرير الفني لـ NAS NAS-99-011 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  9. ↑ فرومكين، م.؛ شولتز، م.؛ جين، هـ.؛ يان، ج.، "تنفيذ معايير الأداء المتوازية التابعة لوكالة ناسا في جافا" (ملف PDF) ، التقرير الفني لوكالة ناسا NAS-02-009 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  10. ↑ فرومكين، م.؛ جين، هـ.؛ يان، ج. (سبتمبر 1998)، "تنفيذ معايير الأداء المتوازية للأكاديمية الوطنية للعلوم في لغة فورتران عالية الأداء" (ملف PDF) ، التقرير الفني للأكاديمية الوطنية للعلوم NAS-98-009 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  11. 1 2 فينغ، هـ.؛ فان دير وينغارت، ف.؛ بيسواس، ر.؛ مافريبليس، س. (يوليو 2004)، "معيار الأداء المتوازي التكيفي غير المنظم (UA) NAS، الإصدار 1.0" (ملف PDF) ، التقرير الفني NAS-04-006 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  12. 1 2 فرومكين، م.؛ شابانوف، ل. (سبتمبر 2004)، "قياس أداء الذاكرة باستخدام مُعامل مكعب البيانات" (ملف PDF) ، التقرير الفني NAS-04-013 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا
  13. 1 2 فان دير ويجنجارت، آر؛ Jin, H. (July 2003), "NAS Parallel Benchmarks, Multi-Zone Versions" (PDF) , NAS Technical Report NAS-03-010 ، مركز أبحاث ناسا أميس، موفيت فيلد، كاليفورنيا