SMPクラスタシステムにおけるハイブリッド並列プログラミングの性能評価

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12680327
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 朴 泰祐 筑波大学, 電子・情報工学系, 助教授 (90209346)
• 研究分担者: 中村 宏 東京大学, 先端科学技術センター, 助教授 (20212102)
• キーワード: ハイブリッドプログラミング / SMPクラスタ / MPI / OpenMP / 並列化パラダイム

研究概要

本研究では、SMP構成のパーソナルコンピュータを複数台、ネットワーク結合することにより、分散メモリと共有メモリの両者のアーキテクチャ的特性を持つSMP-PCシステムを構築し、その上で数種類の典型的な科学技術計算問題に対するハイブリッドプログラミングを行った。用いたPCシステムは4プロセッサ及び2プロセッサ構成のPentium-IIIべースパーソナルコンピュータで、ネットワークは800Mbps Myrinet及び100Mbps Ethernetを用いた。この上で、NAS Parallel Benchmark(NPB)と、多粒子系処理の典型的な例であるSmoothed Particle Applied Mechanics(SPAM)プログラムを用いて、MPIのみのよるプログラムとMPI+OpenMPによるハイブリッドプログラムの性能評価・性能解析を行った。
評価の結果、MPIのみによるプログラムは多くの場合、ハイブリッドプログラムに対して若干性能が高いことがわかった。この結果に対する解析アプローチとして、各プロセッサにおけるキャッシュヒット率に着目し、その度合いを比較した結果、特にSPAMにおいてはハイブリッドプログラムにおいてキャッシュが有効に働いていないことが判明した。これは、2種類のプログラミングパラダイムを混在させた結果、並列化及び負荷分散の方向性がそれらの間で食い違ってしまうことが原因である。この方向性に一致が見られるアプリケーションにおいては、ハイブリッドプログラムが提供する高い通信性能が有効に生かされ、さらに負荷分散の度合いが高いことから、このプログラム手法が有効であることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] T. Boku, S. Yoshikawa, M. Sato, C. G. Hoover, W. G. Hoover: "Implementation and performance evaluation of SPAM particle code with OpenMP-MPI hybrid programming"Proceedings of European Workshop on OpenMP 2001. (2001)
• [文献書誌] T. Boku, M. Matsubara, K. Itakura: "PIO : Parallel I/O System for Massively Parallel Processors"Proceedings of European High Performance Computing and Network Conference 2001. LNCS-2110. 383-392 (2001)
• [文献書誌] 吉川茂洋, 朴泰祐, W. G. Hoover, C.G.Hoover, 佐藤三久: "SPAM 粒子シミュレーションコードのハイブリッド並列化"情報処理学会研究報告. 2001-HPC-87-8. 43-48 (2001)
• [文献書誌] 板倉 憲一, 朴 泰祐, 松原 正純: "並列データ流に対する並列可視化"並列処理シンポジウム JSPP'2001 論文集. 189-196 (2001)
• [文献書誌] 朴 泰祐, 牧野 淳一郎, 須佐 元, 梅村 雅之, 福重 俊幸, 宇川 彰: "Heterogeneous Multi-Computer Systemにおける重力効果を含む宇宙輻射流体計算"2002年 ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム(HPCS2002)論文集. 17-24 (2002)
• [文献書誌] 近藤正章, 朴泰祐, 中村宏: "ハイパフォーマンスコンピューティング向けアーキテクチャSCIMA"情報処理学会論文誌. Vol.42, No.12(HPC4). 37-48 (2001)