一種并行計(jì)算方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種并行計(jì)算方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，并行計(jì)算技術(shù)以其強(qiáng)大、快速的數(shù)據(jù)處理能力，逐漸成為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理領(lǐng) 域中十分重要的一部分。所謂并行計(jì)算，是指同時(shí)使用多種計(jì)算資源解決計(jì)算問(wèn)題的過(guò)程， 是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算速度和處理能力的一種有效手段。它的基本思想是用多個(gè)處理器來(lái) 協(xié)同求解同一問(wèn)題，即將被求解的問(wèn)題分解成若干個(gè)部分，各部分均由一個(gè)獨(dú)立的處理器 來(lái)并行計(jì)算。并行計(jì)算系統(tǒng)既可以是專門設(shè)計(jì)的、包含有多個(gè)處理器的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也可以 是以某種方式互連的若干臺(tái)獨(dú)立計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集群。通過(guò)并行計(jì)算集群完成對(duì)數(shù)據(jù)的處 理，再將處理結(jié)果返回給用戶。
[0003] 目前中國(guó)研究高性能計(jì)算平臺(tái)的單位主要有清華信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、中 國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)超級(jí)計(jì)算中心、中南大學(xué)高性能計(jì)算中心和武漢大學(xué)高性能計(jì)算系統(tǒng)等。 很多科研單位都在建設(shè)這樣的并行計(jì)算研究平臺(tái)。無(wú)論規(guī)模大小，這些超級(jí)計(jì)算硬件平臺(tái)， 都有一個(gè)共同的問(wèn)題：在運(yùn)行并行計(jì)算系統(tǒng)時(shí)，絕大多數(shù)用戶登錄上來(lái)，都傾向于用N臺(tái)服 務(wù)器作N個(gè)單機(jī)計(jì)算，也就是說(shuō)所謂的并行計(jì)算還是PC單機(jī)的串行計(jì)算模式，完全沒(méi)有發(fā) 揮并行計(jì)算的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)橛脩糸_(kāi)發(fā)單機(jī)計(jì)算軟件很方便，而把單機(jī)串行計(jì)算軟件改造成具 有并行計(jì)算功能，卻是很復(fù)雜，無(wú)論是學(xué)習(xí)成本，還是研發(fā)成本都相當(dāng)高。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，單機(jī)計(jì)算軟件要想實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)通信的并行計(jì)算，必須對(duì)原單機(jī) 計(jì)算軟件進(jìn)行并行化改造，包括增加網(wǎng)絡(luò)通信功能，以及將原有的適用于單機(jī)的方法求解 算法改造為適用于網(wǎng)絡(luò)并行化計(jì)算的算法，如圖1所示。
[0005] 單機(jī)計(jì)算軟件實(shí)現(xiàn)并行化改造之后，往往要比原有的單機(jī)計(jì)算軟件更加復(fù)雜，主 要表現(xiàn)在：（1)需要將原計(jì)算區(qū)域劃分為多個(gè)子區(qū)域，以便將這些子區(qū)域分配到不同的計(jì) 算機(jī)上做并行計(jì)算；（2)需要對(duì)相鄰子區(qū)域的交界區(qū)域作數(shù)據(jù)交換，以保證計(jì)算結(jié)果在這 些交界區(qū)域具備一致性；（3)單機(jī)計(jì)算軟件的串行算法與并行計(jì)算軟件有較大不同，有些 串行算法甚至很難改造為并行算法。因此，單機(jī)計(jì)算軟件實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算改造的難度和工作 量很大，個(gè)人用戶往往無(wú)法接受，因此極大限制了個(gè)人用戶對(duì)并行計(jì)算的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何讓個(gè)人用戶以極小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。
[0007] 為此目的，本發(fā)明提出了一種能讓個(gè)人用戶以極小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算的并行計(jì) 算方法及系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明提供一種并行計(jì)算方法，包括：
[0009] S1，服務(wù)器向終端發(fā)送計(jì)算任務(wù)；
[0010] S2,所述終端中的第一計(jì)算單元執(zhí)行牛頓迭代法，根據(jù)所述計(jì)算任務(wù)生成初始值 和初始增量值；
[0011] S3,所述終端中的第二計(jì)算單元判斷方程庫(kù)中是否具備對(duì)所述計(jì)算任務(wù)進(jìn)行計(jì)算 的目標(biāo)方程，
[0012] 若具備，則根據(jù)所述初始值和初始增量值以及所述目標(biāo)方程計(jì)算殘差，
[0013] 若不具備，則更新所述方程庫(kù)，并從更新后的方程庫(kù)中獲取所述目標(biāo)方程，根據(jù)所 述初始值和初始增量值以及所述目標(biāo)方程計(jì)算殘差和增量殘差值；
[0014] S4,所述第二計(jì)算單元將所述殘差傳輸至所述第一計(jì)算單元，所述第一計(jì)算單元， 根據(jù)所述殘差和增量殘差值計(jì)算得到中間值，將所述中間值傳輸至所述第二計(jì)算單元，
[0015] 所述第二計(jì)算單元判斷所述中間值是否為所述目標(biāo)方程的解，
[0016] 若所述中間值不是所述目標(biāo)方程的解，則根據(jù)中間值和所述預(yù)設(shè)量得到中間增量 值，其中，所述中間增量值為所述中間值和預(yù)設(shè)量之和，根據(jù)所述中間值和所述中間增量值 計(jì)算殘差和增量殘差值，直至所述第一計(jì)算單元根據(jù)所述第二計(jì)算單元得到的殘差和增量 殘差值進(jìn)行計(jì)算，得到的中間值為所述目標(biāo)方程的解，則進(jìn)入步驟S5 ;
[0017] S5，輸出所述目標(biāo)方程的解。
[0018] 可選地，所述步驟S3包括：
[0019] S301，所述第二計(jì)算單元將所述初始值和所述初始增量值代入所述目標(biāo)方程對(duì)應(yīng) 的函數(shù)，輸出相應(yīng)的第一殘差和第一增量殘差；
[0020] 所述步驟S4包括：
[0021] S401，所述第一計(jì)算單元根據(jù)牛頓迭代法對(duì)所述第一殘差和第一增量殘差進(jìn)行計(jì) 算得到第一中間值，將所述第一中間值傳輸至所述第二計(jì)算單元；
[0022] S402,所述第二計(jì)算單元判斷所述第一中間值是否為所述目標(biāo)方程的解，若不是， 則根據(jù)所述第一中間值和預(yù)設(shè)量得到第一增量值，將所述第一中間值和第一增量值代入所 述函數(shù)，根據(jù)所述函數(shù)計(jì)算得到第二殘差和第二增量殘差，將所述第二殘差和第二增量殘 差傳輸至所述第一計(jì)算單元，
[0023] S403,循環(huán)所述步驟401和402,直至所述第一計(jì)算單元根據(jù)所述第二計(jì)算單元得 到的殘差進(jìn)行計(jì)算得到的中間值為所述目標(biāo)方程的解。
[0024] 可選地，所述預(yù)設(shè)量為計(jì)算機(jī)精度所允許的小量。
[0025] 可選地，所述步驟S301包括：
[0026] S3011，確定所述目標(biāo)方程對(duì)應(yīng)的函數(shù)在所述初始值處的導(dǎo)數(shù)，所述求導(dǎo)公式為：
[0030] 其中，n為自然數(shù)，當(dāng)n為0時(shí)，X。為初始值，X。+A X為初始增量值，n大于等于1 時(shí)，\為殘差，f(x) = 〇為所述目標(biāo)方程，f(x)為所述目標(biāo)方程對(duì)應(yīng)的函數(shù)。
[0031] 本發(fā)明還提供一種并行計(jì)算系統(tǒng)，包括：
[0032] 發(fā)送模塊，服務(wù)器向終端發(fā)送計(jì)算任務(wù)；
[0033] 生成模塊，所述終端中的第一計(jì)算單元執(zhí)行牛頓迭代法，根據(jù)所述計(jì)算任務(wù)生成 初始值和初始增量值；
[0034] 判斷模塊，所述終端中的第二計(jì)算單元判斷方程庫(kù)中是否具備對(duì)所述計(jì)算任務(wù)進(jìn) 行計(jì)算的目標(biāo)方程，
[0035] 若具備，則根據(jù)所述初始值和初始增量值以及所述目標(biāo)方程計(jì)算殘差，
[0036] 若不具備，則更新所述方程庫(kù)，并從更新后的方程庫(kù)中獲取所述目標(biāo)方程，根據(jù)所 述初始值和初始增量值以及所述目標(biāo)方程計(jì)算殘差和增量殘差值；
[0037] 傳輸模塊，所述第二計(jì)算單元將所述殘差傳輸至所述第一計(jì)算單元，所述第一計(jì) 算單元，根據(jù)所述殘差和增量殘差值計(jì)算得到中間值，將所述中間值傳輸至所述第二計(jì)算 單元，
[0038] 所述第二計(jì)算單元判斷所述中間值是否為所述目標(biāo)方程的解，
[0039] 若所述中間值不是所述目標(biāo)方程的解，則根據(jù)中間值和所述預(yù)設(shè)量得到中間增量 值，其中，所述中間增量值為所述中間值和預(yù)設(shè)量之和，根據(jù)所述中間值和所述中間增量值 計(jì)算殘差和增量殘差值，直至所述第一計(jì)算單元根據(jù)所述第二計(jì)算單元得到的殘差和增量 殘差值進(jìn)行計(jì)算，得到的中間值為所述目標(biāo)方程的解，則進(jìn)入步驟S5 ;
[0040] 輸出模塊，輸出所述目標(biāo)方程的解。
[0041 ] 可選地，所述判斷模塊包括：
[0042] 輸出子模塊，所述第二計(jì)算單元將所述初始值和所述初始增量值代入所述目標(biāo)方 程對(duì)應(yīng)的函數(shù)，輸出相應(yīng)的第一殘差和第一增量殘差；
[0043] 所述傳輸模塊包括：
[0044] 第一傳輸子模塊，所述第一計(jì)算單元根據(jù)牛頓迭代法對(duì)所述第一殘差和第一增量 殘差進(jìn)行計(jì)算得到第一中間值，將所述第一中間值傳輸至所述第二計(jì)算單元；
[0045] 第二傳輸子模塊，所述第二計(jì)算單元判斷所述第一中間值是否為所述目標(biāo)方程的 解，若不是，則根據(jù)所述第一中間值和預(yù)設(shè)量得到第一增量值，將所述第一中間值和第一增 量值代入所述函數(shù)，根據(jù)所述函數(shù)計(jì)算得到第二殘差和第二增量殘差，將所述第二殘差和 第二增量殘差傳輸至所述第一計(jì)算單元；
[0046] 循環(huán)子模塊，循環(huán)所述步驟401和402,直至所述第一計(jì)算單元根據(jù)所述第二計(jì)算 單元得到的殘差進(jìn)行計(jì)算得到的中間值為所述目標(biāo)方程的解。
[0047] 可選地，所述預(yù)設(shè)量為計(jì)算機(jī)精度所允許的小量。
[0048] 可選地，所述輸出子模塊包括：
[0049] 求導(dǎo)子模塊，
[0050] 確定所述目標(biāo)方程對(duì)應(yīng)的函數(shù)在所述初始值處的導(dǎo)數(shù)，所述求導(dǎo)公式為：
[0055] 其中，n為自然數(shù)，當(dāng)n為0時(shí)，X。為初始值，X。+ A X為初始增量值，n大于等于1 時(shí)，\為殘差，f(x) = 〇為所述目標(biāo)方程，f(x)為所述目標(biāo)方程對(duì)應(yīng)的函數(shù)。
[0056] 本發(fā)明所公開(kāi)了一種并行計(jì)算方法及系統(tǒng)，該方法通過(guò)服務(wù)器向終端發(fā)送計(jì)算任 務(wù)；每個(gè)終端設(shè)置有第一計(jì)算單元和第二計(jì)算單元，第一計(jì)算單元采用牛頓迭代法進(jìn)行計(jì) 算，使第一計(jì)算單元在計(jì)算時(shí)不需要知道目標(biāo)方程的具體形式，因此，第一計(jì)算單元具有通 用性。從而使得在對(duì)多個(gè)終端進(jìn)行并行化改造的時(shí)候僅需要對(duì)第二計(jì)算單元進(jìn)行改造，或 者說(shuō)僅需更新方程庫(kù)，而無(wú)需改造每個(gè)終端中的串行算法，降低了并行改造難度。本發(fā)明使 并行化計(jì)算改造