將并行編程引入工程領(lǐng)域

在科學(xué)計算領(lǐng)域，關(guān)于并行編程的討論集中于如何自定義算法以有效利用硬件。以下幾個與高性能系統(tǒng)有關(guān)的因素使討論趨于白熱化：多核和超多核系統(tǒng)的引入、全局處理單元（GPU）等可編程設(shè)備的出現(xiàn)、現(xiàn)成商用（COTS）計算機集群的日益普及。

直至最近，尚無商業(yè)高級工具可以支持針對高性能系統(tǒng)的科學(xué)計算應(yīng)用程序的開發(fā)。并行編程是一門深奧的技術(shù)，只有那些旨在通過利用自定義設(shè)置和低級庫以及通過為特定硬件調(diào)優(yōu)應(yīng)用程序，來實現(xiàn)最高性能的專家才會應(yīng)用。在 2007 年的一份簡報中，IDC 強調(diào)了擴展到多個節(jié)點的難度，原因在于缺乏恰當?shù)木幊汰h(huán)境。1如今，高性能系統(tǒng)日益普及，因而急需使這些系統(tǒng)在整體上更具可編程性。

為此，并行編程解決方案的關(guān)注焦點必須超越自定義算法和性能。并行編程工具的生態(tài)系統(tǒng)正在得以發(fā)展。它們協(xié)助工程師設(shè)計、開發(fā)和調(diào)試并行應(yīng)用程序，以及充分利用快速發(fā)展演變的硬件的能力。為了取得成功，這些在過去幾年中已經(jīng)成熟了很多的新生態(tài)系統(tǒng)需要：

* 擴展開發(fā)串行應(yīng)用程序時所用標準工具的功能性，以支持并行編程

* 支持應(yīng)用程序的可伸縮性，從簡單的多核桌面到復(fù)雜的集群和網(wǎng)格配置，無需修改應(yīng)用程序代碼

* 提供健壯的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）

* 以批處理和交互式模式執(zhí)行應(yīng)用程序

語言支持

在選擇編程語言時，適當?shù)牟⑿芯幊讨С质且豁楆P(guān)鍵考慮事項。這種支持的具體范圍可能有所不同，從微妙的隱式支持到極為顯式的語言構(gòu)造。隱式方法包括由系統(tǒng)推動的自動并行化，無需修改現(xiàn)有程序。顯式方法要求用戶聲明程序，使該程序以并行方式運行。隱式并行化依然是一個活躍的研究領(lǐng)域，當前尚無全面的解決方案，因而在可以預(yù)見的未來，一定程度的語言顯性是必不可少的。2 理想情況下，語言應(yīng)直接支持高級并行語言構(gòu)造，用戶只需進行最少的編程聲明即可獲得最優(yōu)的性能。

傳統(tǒng)并行編程解決方案主要關(guān)注顯式方法，這種方法通常使用消息傳遞接口（MPI）命令。MPI 是并行程序中點對點通信的行業(yè)標準協(xié)議。使用 MPI 要求程序員處理低級語言構(gòu)造，這是一個巨大的障礙。

某些軟件企業(yè)正著手應(yīng)對并行編程支持的需求。例如，. NET Framework 的 Microsoft Parallel Extensions 為使用任何 .NET 語言編寫的應(yīng)用程序提供了并發(fā)語言構(gòu)造。這些構(gòu)造抽象了較低層面的編程細節(jié)。

MathWorks并行計算工具允許用戶跨隱式/顯式范疇編程。例如，編寫計算密集型應(yīng)用程序的 MATLAB 用戶可能將 FOR 循環(huán)聲明為 PARFOR 循環(huán)。在單處理器系統(tǒng)中執(zhí)行時，PARFOR 循環(huán)的行為與傳統(tǒng)的 FOR 循環(huán)完全相同。但在多核機器或集群上執(zhí)行時，PARFOR 將透明、有效地利用如今可用的其他計算資源。此外，編寫數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序的用戶可將數(shù)組聲明為分布式數(shù)組，跨多個內(nèi)核或處理器分配。分布式數(shù)組使用戶能夠開發(fā)并行應(yīng)用程序，而無需自行關(guān)注消息傳遞的低層細節(jié)。在理想的隱式編程中，并行化的應(yīng)用程序無需修改任何代碼。MathWorks 正在為此理想而努力，逐漸在工具包中為并行計算添加直接支持，不再需要修改使用這些工具的應(yīng)用程序。

可伸縮性

配有多核處理器的桌面計算機和以GPU為基礎(chǔ)的通用計算（即GPGPU，如 NVIDIA出品的 CUDA Toolkit）已經(jīng)問世。而為此類系統(tǒng)編程往往需要在單獨一臺機器上使用線程模型，許多用戶需要超越單獨一臺機器的能力，擴展到計算機集群。此時就需要基于進程的模型。用戶應(yīng)用程序無需關(guān)注線程或進程，而是應(yīng)該盡可能有效地運行。無論如何，可伸縮性仍然是一個有待解決的難題。3

在某些情況下，用戶需要在具有可變?nèi)萘康馁Y源上運行應(yīng)用程序。可變資源的示例之一就是 Amazon Elastic Compute Cloud (EC2)，它使用戶能夠完全控制在 Amazon 的計算環(huán)境中運行的資源。這種方法的障礙包括安裝的困難性以及在外部系統(tǒng)上運行時對知識產(chǎn)權(quán)的掌控不足。

程序員需要工具來使之能夠無縫地將應(yīng)用程序從桌面擴展到集群和網(wǎng)格，同時無需修改代碼。MathWorks 并行計算工具提供的配置框架就是為并行應(yīng)用程序解決可伸縮性問題的典范之一。配置框架允許用戶維護指定的設(shè)置，例如調(diào)度程序類型和集群使用策略。因而，用戶只需輕松更改配置名即可在硬件資源間切換。

集成開發(fā)環(huán)境（IDE）

IDE 需要支持基于處理器和基于線程的解決方案，同時協(xié)助新手和經(jīng)驗豐富的程序員開發(fā)應(yīng)用程序。具體來說，IDE 使程序員能夠調(diào)試處理大型數(shù)據(jù)集并且在桌面計算機或大型集群上運行的并行應(yīng)用程序。

Microsoft 在其 Visual Studio開發(fā)系統(tǒng)中做出了很多努力以應(yīng)對此需求。Visual Studio 2005 可執(zhí)行并行應(yīng)用程序，其調(diào)試器支持進程級和線程級斷點與步進。而另外一種產(chǎn)品——由 TotalView Technologies 提供的 TotalView Debugger 支持多種平臺和編程語言，它能夠擴展到數(shù)千線程或進程，并提供了探索大型和復(fù)雜數(shù)據(jù)集的工具。

批處理和交互式執(zhí)行模式

工具應(yīng)支持批處理和交互式工作流。如果能夠以交互的方式開發(fā)并行應(yīng)用程序，程序員的工作效率將大幅度提高。然而，大多數(shù)高性能計算（HPC）中心都支持批處理工作流，用戶編寫應(yīng)用程序、將其提交到集群以便處理，并等待結(jié)果。其他一些解決方案則基于 Web，如來自 Purdue University 的 nanoHUB.org 以及 Sun Microsystems 提供的 network.com，它們關(guān)注以交互式方法隨需應(yīng)變地訪問計算資源。

MathWorks 并行計算工具同時為兩類工作流提供支持。它們擴展了 MATLAB，允許程序員使用熟悉的 MATLAB 環(huán)境，以交互的方式開發(fā)并行應(yīng)用程序。程序員還可使用批處理環(huán)境，這為他們提供了脫機執(zhí)行模式。

結(jié)束語

總而言之，并行應(yīng)用程序開發(fā)中最關(guān)鍵的需求就是語言構(gòu)造、可伸縮特性、開發(fā)環(huán)境和工作流模式。某些廠商提供的解決方案允許科學(xué)計算用戶更有效地為并行系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)用程序，就如同構(gòu)建傳統(tǒng)串行程序一樣。無論如何，理想工具生態(tài)系統(tǒng)中依然存在空白。諸如效用計算和網(wǎng)格可用性等正在展現(xiàn)出來的趨勢會為這一迅速變化的領(lǐng)域帶來更多更復(fù)雜的需求。

參考資料

[1] Earl Joseph, Jie Wu and Steve Conway, “IDC HPC Breakfast Briefing,” International Supercomputing Conference, Germany, June 2007.

[2] Roy Lurie, “Language Design for an Uncertain Hardware Future,” HPCwire, September 2007.

[3] Cleve Moler, “Parallel MATLAB: Multiple Processors and Multiple Cores,” The MathWorks News and Notes, June 2007.

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2018-11-22 15:49:58

電路板設(shè)計的并行設(shè)計法

科技有限公司的資深工程師在談到電路板設(shè)計的并行設(shè)計法的時候，認為并行設(shè)計法與將設(shè)計分成若干部分并獨立地完成各個部分的傳統(tǒng)方法不同，此新技術(shù)能在一個公共數(shù)據(jù)庫上創(chuàng)建并行進程，并能自動同步進程的變化、解決相互間

2018-09-11 16:12:02

藍牙將致力于推動哪些領(lǐng)域的連接？

為什么要選擇藍牙？藍牙將致力于推動哪些領(lǐng)域的連接？

2021-05-13 06:31:57

計算機視覺領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)/典型算法模型/通信工程領(lǐng)域的應(yīng)用方案

。本文系統(tǒng)總結(jié)了在通信工程領(lǐng)域開展的初步探索，介紹了所使用的關(guān)鍵技術(shù)、方案要點以及實踐效果，未來將進一步推動相應(yīng)研究成果在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化信息化系統(tǒng)中的固化與規(guī)?；瘧?yīng)用，迎接6G數(shù)字孿生時代的加速到來。

2020-12-03 13:58:12

請問AD9914評估板有并行配置、串行配置、并行直接編程模式嗎

、AD9914有并行配置、串行配置、并行直接編程模式，對嗎？2、如果問題1答案為是，那么評估板實現(xiàn)調(diào)相信號有兩種方式（不用C語言，所以用不到串行配置）：并行配置好所有寄存器，然后從PS0引腳（PS1

2018-08-18 06:01:40

請問是否有任何工具可以并行編程多個設(shè)備？

是否有任何工具可以并行編程多個設(shè)備，并且可以使用DLL將程序員與Labview連接起來？像TI的Gang Pro這樣的東西。以上來自于谷歌翻譯以下為原文 Is there any tools

2019-06-17 10:26:48

資料下載：OPC UA將基于AI的圖像處理引入現(xiàn)場級

OPC UA將基于AI的圖像處理引入現(xiàn)場級為何選擇OPC UA？推理相機 - "你好！工業(yè)4.0"按下按鈕即可更改產(chǎn)品功能即插即用接口組合可用性得到提高通過軟件更新確保永不

2021-07-02 06:34:03

可擴展并行計算技術(shù)、結(jié)構(gòu)與編程

2006-03-25 16:43:55

MCS-51并行口的擴展

MCS51單片機內(nèi)部有4個并行口，當內(nèi)部并行口不夠用時可以外擴并行口芯片。可外擴的并行口芯片很多，分成2類：不可編程的并行口芯片（74LS3734和74LS245）和可編程的并行口芯片（8

2008-12-20 02:27:53

并行接口

7.1 并行接口概述并行接口和串行接口的結(jié)構(gòu)示意圖并行接口傳輸速率高，一般不要求固定格式，但不適合長距離數(shù)據(jù)傳輸7.2 可編程并行接口芯片82C55 7.2.1

2009-03-25 13:35:06

基于SMP集群的混合并行編程模型研究

提出一種適用于SMP 集群的混合MPI+OpenMP 并行編程模型。該模型貼近于SMP 集群的體系結(jié)構(gòu)且綜合了消息傳遞和共享內(nèi)存2 種編程模型的優(yōu)勢，能獲得較好的性能。討論該混合模型的實

2009-03-30 09:28:40

并行工程在客車產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

文章介紹并行工程的概念、目標、特性; 通過與傳統(tǒng)設(shè)計方法的比較, 說明并行工程的工作機理和運行模式; 提出在客車產(chǎn)品開發(fā)中應(yīng)用并行工程需要注意的問題。關(guān)鍵詞: 客車; 并

2009-07-25 09:37:05

并行工程在客車開發(fā)過程中的應(yīng)用

并行工程是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程進行并行、一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化工作模式, 其核心是并行設(shè)計思想。建立面向并行工程的客車產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng), 能增強企業(yè)產(chǎn)品競爭能力, 縮短產(chǎn)品

2009-07-27 10:20:41

vscode快速合并行

并行編程語言

小凡發(fā)布于 2022-09-08 12:38:36

ATE技術(shù)在并行測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

并行測試技術(shù)已成為一種比較流行的測試模式,將ATE集成技術(shù)引入并行測試對其系統(tǒng)有著很重要的優(yōu)化作用。文章中介紹了并行測試系統(tǒng)中COTS儀器和開關(guān)選型,開關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、PTUA設(shè)計

2010-07-15 16:28:25

簡易的并行編程器

說明：適用于沒用燒寫ATmega8并行編程器的朋友，初用ATmega8的工程師常常在串行編程時寫錯熔絲位，及加密位，造成不能再串行編程的不便，沒并行編程將無法再使用，本人就是因此

2010-07-16 13:04:07

英特爾與微軟揭示并行計算的未來，多核編程任重而道遠

英特爾與微軟揭示并行計算的未來，多核編程任重而道遠英特爾和微軟正在漫長的道路上一步步地走向他們所構(gòu)想的藍圖，即為未來多核處理器設(shè)計新型并行編程模型。兩

2008-08-28 09:18:31

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并行接口邏輯及編程應(yīng)用

并行接口邏輯及編程應(yīng)用設(shè)3個端口的地址分別為數(shù)據(jù)口378H，狀態(tài)口379H，控制

2009-03-10 11:59:29

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并行編程無進展使多核芯片未能充分利用

并行編程無進展使多核芯片未能充分利用《福布斯》文章指出，為什么應(yīng)用軟件總是無法充分利用芯片的強大功能呢?如何充分有效地利用處

2010-04-01 16:43:43

614

增強型并行端口EPP編程

并行端口常為計算機開發(fā)人員作為用戶擴展端口使用。增強型并行端口協(xié)議從根本上改變了這一狀況，它不但與SPP兼容，又能進行雙向的高速數(shù)據(jù)傳輸。

2011-11-23 13:54:49

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了解并行編程協(xié)議

本應(yīng)用筆記將說明該并行編程協(xié)議。此協(xié)議與市場上許多獨立EPROM和EEPROM器件所用的協(xié)議本質(zhì)上相同，但有一些額外考慮必須注意。本應(yīng)用筆記的內(nèi)容適用于所有ADuC83x和ADuC84x器件。

2012-04-24 14:11:28

FPGA在無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)場可編程門陳列(FPGA)芯片在許多領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，特別是在無線通信領(lǐng)域里，由于具有極強的實時性和并行處理能力

2012-06-01 16:19:12

5745

嵌入式并行光學(xué)應(yīng)用_英版

嵌入式并行光學(xué)應(yīng)用，對于這個領(lǐng)域有用的。

2016-01-06 17:23:34

FPGA電源設(shè)計在并行工程中的應(yīng)用

本文介紹了FPGA電源設(shè)計并行工程的合理性，講解了并行工程（CE）技術(shù)及其作用，討論了FPGA電源系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性和不確定性。

2017-10-13 13:00:35

基于NI LabVIEW圖形化編程對多核處理器和其他并行硬件進行編程

無需更多編程努力。此外，圖形化LabVIEW代碼還有助工程師與科學(xué)家可視化顯示并行操作，因為它天生代表工業(yè)和院校采用的最流行并行編程模式。并行編程的挑戰(zhàn) 并行編程正很快成為用來構(gòu)建大多數(shù)多核處理器的必要。

2017-11-16 19:30:41

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利用NI LabVIEW實現(xiàn)真正的并行化處理和并行化測量

多核處理器、FPGA和PCI Express正在改變現(xiàn)代PC機的版圖，并幫助LabVIEW圖形化編程根據(jù)工程師應(yīng)用邏輯的數(shù)據(jù)流向，實現(xiàn)真正的并行化處理和并行化測量。利用NI TestStand軟件

2017-11-16 20:31:57

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基于OpenMP的電磁場FDTD并行方法的程序設(shè)計

隨著多核技術(shù)的不斷發(fā)展，并行方法已經(jīng)成為一種處理較大規(guī)模問題的手段，同時在許多領(lǐng)域取得了成功地應(yīng)用。目前，并行算法的實現(xiàn)主要基于兩種標準： MPI（Message Passing

2019-03-13 16:24:48

1054

基于MPI并行編程的譜聚類算法

非常必要。此外，影響譜聚類算法聚類質(zhì)量的因素除數(shù)據(jù)集本身外，還與所采用的求解距離矩陣的方法、相似性矩陣的尺度參數(shù)、Laplacian矩陣形式等多種因素相關(guān)。針對以上問題，首先對于大規(guī)模數(shù)據(jù)問題，將MPI并行編程模型應(yīng)用于

2017-11-30 10:12:51

如何在工程應(yīng)用中合理采用并行編程技術(shù)

在科學(xué)計算領(lǐng)域，關(guān)于并行編程的討論集中于如何自定義算法以有效利用硬件。以下幾個與高性能系統(tǒng)有關(guān)的因素使討論趨于白熱化：多核和超多核系統(tǒng)的引入、全局處理單元（GPU）等可編程設(shè)備的出現(xiàn)、現(xiàn)成商用

2017-12-02 09:49:13

280

基于JavaCC的C代碼自動并行化

針對當前大量遺產(chǎn)代碼無法重復(fù)利用的問題，設(shè)計一種新的編譯工具將C的串行代碼轉(zhuǎn)換為基于MPI+OpenMP的混合并行編程代碼，降低了并行編程的開發(fā)成本。首先，通過對JavaCC的優(yōu)化，實現(xiàn)一種可以解析

2017-12-12 14:53:39

基于異構(gòu)并行計算的兩個子概念異構(gòu)和并行的簡單分析

異構(gòu)并行計算包含兩個子概念：異構(gòu)和并行。 1異構(gòu)是指異構(gòu)并行計算需要同時處理多個不同架構(gòu)的計算平臺的問題。 2并行是指異構(gòu)并行計算主要采用并行的編程方式，所有的處理器都是多核向量處理器，要發(fā)揮多種處理器混合平臺的性能必須要采用并行的編程方式。

2018-01-25 16:37:58

6230

可編程并行接口8255

8255是Intel公司生產(chǎn)的8位通用可編程并行輸入輸出接口芯片，獲得了廣泛的應(yīng)用。8255A是一種可編程的并行I/O接口芯片、三個八位輸入／輸出端口、具有多種工作方式（可編程）、一種通用芯片

2018-04-17 17:20:15

如何利用AVR芯片制作高壓并行編程器

說明：高壓并行編程，能將絕大多數(shù)各種鎖死芯片恢復(fù)到出廠默認，特別是對復(fù)位也禁用的芯片。此高壓并行編程器由一片M8作為主控制芯片，將通過串口送來的PC各種指令和編程數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換后，對目標芯片進行編程處理，目前可直接支持M8和M16的編程，由于不需要M16的編程，故將原理圖修改了一下。

2018-09-26 08:49:00

6271

AVR高壓并行編程器的制作方法

高壓并行編程，能將絕大多數(shù)各種鎖死芯片恢復(fù)到出廠默認，特別是對復(fù)位也禁用的芯片。此高壓并行編程器由一片M8作為主控制芯片，將通過串口送來的PC各種指令和編程數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換后，對目標芯片進行編程處理，目前可直接支持M8和M16的編程，由于不需要M16的編程，故將原理圖修改了一下。

2018-09-29 14:44:00

7089

英特爾架構(gòu)中的多線程優(yōu)化和擴展并行性的編程技術(shù)

有效并行縮減和擴展并行性的編程技術(shù)。

2018-11-01 06:24:00

1933

可編程并行接口8255A接口技術(shù)的詳細資料說明

8255A是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個8位并行I/O口。具有3個通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。8255A可作為單片機與多種外設(shè)連接時的中間接口電路。

2019-05-07 18:21:00

并行工程淺談

? ? ? ?并行工程：指多功能型團隊從最初形成階段開始，所有的專業(yè)人員同力協(xié)作、同時開發(fā)產(chǎn)品及制造工藝的做法。? ? ? ?在傳統(tǒng)串行工程的產(chǎn)品開發(fā)模式中，產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計是兩個相互獨立、順序

2019-05-20 15:43:59

1786

算法工程師涉及哪些領(lǐng)域

（1） Map-Reduce：MapReduce是一種編程模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集（大于1TB）的并行運算。概念“Map（映射）”和“Reduce（歸約）”，是它們的主要思想，都是從函數(shù)式編程語言里借來的，還有從矢量編程語言里借來的特性。

2019-07-29 17:02:50

4519

DFX——并行工程2

到解決，從而保證了設(shè)計的質(zhì)量，避免了大量的返工浪費. 然而，決定并行工程成敗的關(guān)鍵因素是資源的可獲得性，充足的資源能夠讓多功能型團隊的各領(lǐng)域專家在早期集結(jié)并開始工作。

2019-11-11 11:13:47

1184

并行計算的黃金時代到了？

“未來幾十年將進入并行計算黃金時代，并行計算軟件和算法的開發(fā)將從技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)向應(yīng)用驅(qū)動，需要計算與應(yīng)用等不同領(lǐng)域的專家共同合作開發(fā)?！敝袊?b class="flag-6" style="color: red">工程院院士李國杰日前表示。

2020-04-03 17:18:06

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