Paralleles Rechnen: Performancebetrachtungen zu Gleichungslösern
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München
Oldenbourg
2010
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INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 2 MODELLBETRACHTUNGEN, SPEICHER- UND
RECHNERARCHITEKTUREN 5 2.1 EINLEITUNG 5 2.2 SPEEDUP 6 2.3 SKALIERBARKEIT
9 2.4 FEHLER IN PARALLELEN PROGRAMMEN 10 2.5 OPTIMIERUNG DER
EINZELPROZESSORPERFORMANCE 11 2.5.1 FLIESSBANDVERARBEITUNG 12 2.5.2
GFLOPS UND CO 15 2.6 SPEICHERTECHNOLOGIEN UND SPEICHERHIERARCHIEN 16
2.6.1 SPEICHERTECHNOLOGIEN 17 2.6.2 SPEICHERHIERARCHIEN 18 2.7
PARALLELRECHNERARCHITEKTUREN 22 2.7.1 SMP SYSTEME 22 2.7.2
PARALLELRECHNER MIT VERTEILTEM SPEICHER 25 2.8 EINFACHES
PERFORMANCEMODELL 28 2.8.1 BEISPIEL 1 : SUMMATION ZWEIER VEKTOREN 29
2.8.2 BEISPIEL 2: BILDUNG EINES INNEREN PRODUKTS 31 2.9 ERWEITERTES
PERFORMANCEMODELL 36 3 PARALLELE PROGRAMMIERUNG MIT OPENMP 39 3.1
EINLEITUNG 39 3.2 EIGENSCHAFTEN VON OPENMP 39 3.3 ADRESSRAUMVERWALTUNG
42 3.4 BEISPIELE 43 3.5 EIN TEAM VON THREADS 44 3.6 ARBEITSVERTEILUNG
AUF THREADS 45 3.6.1 PARALLELISIERUNG VON SCHLEIFEN 45 3.6.2 WEITERE
DIREKTIVEN ZUR ARBEITSVERTEILUNG 46 3.6.3 VERTEILUNG UNSTRUKTURIERTER
ARBEIT 47 3.6.4 BEISPIELE FUER DIE ARBEITSVERTEILUNG 48 BIBLIOGRAFISCHE
INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1004900112 DIGITALISIERT DURCH VI
INHALTSVERZEICHNIS 3.7 DIREKTIVEN ZUR SYNCHRONISATION 49 3.8 OPENMP UND
CACHE KOHAERENZ 50 3.9 FUNKTIONEN DER LAUFZEITBIBLIOTHEK 52 3.10
PERFORMANCEBETRACHTUNGEN 53 4 MESSAGE PASSING FUER RECHNER MIT VERTEILTEM
SPEICHER 57 4.1 EINLEITUNG 57 4.2 MPI 58 4.2.1 EIN EINFUEHRENDES BEISPIEL
59 4.2.2 PAARWEISE KOMMUNIKATION 63 4.2.3 GEPACKTE STRUKTUREN UND
KONSTRUIERTE DATENTYPEN 67 4.2.4 KOLLEKTIVE KOMMUNIKATIONEN 72 4.2.5
COMMUNICATOR 76 4.2.6 PROZESSERZEUGUNG, PROZESSMANAGEMENT UND THREADS 77
4.2.7 EINSEITIGE KOMMUNIKATION 78 4.2.8 EIN-/AUSGABE 82 4.2.9 MPI -
VERSUCH EINES AUSBLICKS 83 4.3 PVM 84 4.3.1 EINLEITUNG 84 4.3.2 AUFBAU
UND FUNKTIONSWEISE VON PVM 85 4.3.3 EIN EINFUEHRENDES BEISPIEL 86 4.3.4
BEISPIEL EINES MASTER-SLAVE PROGRAMMS 87 5 PERFORMANCE DER
GAUSSELIMINATION UND DAS DESIGN PARALLELER PROGRAMME 93 5.1 EINLEITUNG 93
5.2 LOESUNGSVERFAHREN FUER GLEICHUNGSSYSTEME 94 5.3 VOM LEHRBUCH- ZUM
BLOCKALGORITHMUS 94 5.3.1 EXKURS: ZUGRIFF AUF MEHRDIMENSIONALE FELDER 96
5.3.2 PERFORMANCEANALYSE VON ALGORITHMUS 5.1 98 5.3.3 BLOCKALGORITHMUS:
WENIGER SPEICHERZUGRIFFE, MEHR PERFORMANCE 100 5.3.4 EXKURS: BLAS 104
5.3.5 NAHEZU PEAK PERFORMANCE MIT ATLAS 105 5.4 DESIGN PARALLELER
PROGRAMME 107 5.4.1 PROGRAMMZERLEGUNG AN BEISPIELEN: MEERESTROEMUNGEN UND
GAUSSELIMINATION . 107 5.4. INHALTSVERZEICHNIS VII 5.4.4 ZUWEISUNG AUF
PROZESSOREN 116 5.4.5 FALLSTUDIE: WECHSELWIRKENDE TEILCHEN 119 5.5
PARALLELES DESIGN DER GAUSSELIMINATION 123 6 SPEICHERTECHNIKEN UND DIE
PERFORMANCE ITERATIVER LOESER 131 6.1 EINLEITUNG 131 6.2 MODELLPROBLEM:
DIE POISSON-GLEICHUNG 132 6.3 FAERBETECHNIKEN UND DAS GAUSS-SEIDEL
VERFAHREN 134 6.4 PARALLELISIERUNG DES KONJUGIERTEN GRADIENTENVERFAHRENS
136 6.5 DER EINFLUSS VON SPEICHERUNGSTECHNIKEN AUF DIE EFFEKTIVITAET DER
MVM 139 6.5.1 KOORDINATENFORMAT 139 6.5.2 KOMPRIMIERTE ZEILENSPEICHERUNG
141 6.5.3 GEBLOCKTE KOMPRIMIERTE ZEILENSPEICHERUNG 144 6.5.4 GEZACKTE
DIAGONALSPEICHERUNG 145 6.5.5 SKYLINE SPEICHERUNG 148 6.5.6
DIAGONALSPEICHERUNG 149 6.5.7 SCHIEFE DIAGONALSPEICHERUNG 151 6.5.8
ABSCHLIESSENDE BETRACHTUNG ZU DEN SPEICHERUNGSTECHNIKEN 152 6.6
VORKONDITIONIERUNGSMETHODEN FUER PARALLELRECHNER 153 6.6.1 EINFUEHRUNG 154
6.6.2 UMSETZUNG EINER ILU IN KOMPRIMIERTER ZEILENSPEICHERUNG 154 6.6.3
PERFORMANCE BEI KOMPRIMIERTER ZEILENSPEICHERUNG 157 6.6.4 BESSERE
PARALLELISIERUNG MIT UMGEKEHRTER CUTHILL-MCKEE NUMMERIERUNG 159 6.6.5
ILU(O) MIT FAERBETECHNIK 162 6.6.6 WEITERE METHODEN ZUR
VORKONDITIONIERUNG 165 7 GROB GRANULARE PARALLELISIERUNG MIT
GEBIETSZERLEGUNGSMETHODEN 167 7.1 EINLEITUNG 167 7.2 DIE ALTERNIERENDE
SCHWARZ METHODE 168 7.3 ADDITIVES UND MULTIPLIKATIVES SCHWARZ VERFAHREN
169 7.3.1 PARALLELISIERUNG MIT FAERBETECHNIKEN 171 7.3. VILI
INHALTSVERZEICHNIS 8 GPUS ALS PARALLELRECHNER 191 8.1 EINLEITUNG 191 8.2
THREADGRUPPEN, GRID UND DEVICESPEICHER 191 8.3 EIN EINFUEHRENDES BEISPIEL
194 8.4 SPEICHERKLASSEN 195 8.5 MATRIX MULTIPLIKATION IN BLOECKEN 196 8.6
STREAMING MULTIPROZESSOREN UND KETTENFADEN 199 8.7 AUFTEILUNG DER
RESSOURCEN 200 8.8 SIMD ARCHITEKTUR 201 8.9 SPEICHEROPTIMIERUNGEN 203
8.10 BLAS FUNKTIONEN AUF GPUS 205 8.11 ITERATIVE LOESER AUF GPUS 206 8.12
DIE ZUKUNFT VON GPUS FUER DAS PARALLELE RECHNEN 209 VERZEICHNIS
AUFGEFUEHRTER WWW-SEITEN 211 LITERATURVERZEICHNIS 213 INDEX 223 |
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