Sparse matrix-vector products (SpMVs) are a bottleneck in many scientific codes. Due to the heavy strain on the main memory interface from loading the sparse matrix and the possibly irregular memory access pattern, SpMV typically exhibits low arithmetic intensity. Repeating these products multiple times with the same matrix is required in many algorithms. This so-called matrix power kernel (MPK) provides an opportunity for data reuse since the same matrix data is loaded from main memory multiple times, an opportunity that has only recently been exploited successfully with the Recursive Algebraic Coloring Engine (RACE). Using RACE, one considers a graph based formulation of the SpMV and employs s level-based implementation of SpMV for reuse of relevant matrix data. However, the underlying data dependencies have restricted the use of this concept to shared memory parallelization and thus to single compute nodes. Enabling cache blocking for distributed-memory parallelization of MPK is challenging due to the need for explicit communication and synchronization of data in neighboring levels. In this work, we propose and implement a flexible method that interleaves the cache-blocking capabilities of RACE with an MPI communication scheme that fulfills all data dependencies among processes. Compared to a "traditional" distributed memory parallel MPK, our new Distributed Level-Blocked MPK yields substantial speed-ups on modern Intel and AMD architectures across a wide range of sparse matrices from various scientific applications. Finally, we address a modern quantum physics problem to demonstrate the applicability of our method, achieving a speed-up of up to 4x on 832 cores of an Intel Sapphire Rapids cluster.


翻译:稀疏矩阵-向量乘积(SpMV)是众多科学计算代码中的性能瓶颈。由于加载稀疏矩阵对主存接口造成的沉重压力以及可能的不规则内存访问模式,SpMV通常表现出较低的算术强度。许多算法需要重复使用同一矩阵进行多次此类乘积运算。这种被称为矩阵幂核(MPK)的操作为实现数据复用提供了契机,因为相同的矩阵数据会多次从主存加载——这一契机直到最近才通过递归代数着色引擎(RACE)得以成功利用。基于RACE的方法将SpMV转化为图论形式,并采用层级化SpMV实现以复用相关矩阵数据。然而,其底层数据依赖性限制了该技术仅能用于共享内存并行化,因而只能局限于单计算节点。为实现MPK在分布式内存并行化中的缓存分块,由于需要显式通信和同步相邻层级间的数据,该任务极具挑战性。本研究提出并实现了一种灵活方法,将RACE的缓存分块能力与满足进程间所有数据依赖性的MPI通信方案相结合。相较于"传统"分布式内存并行MPK,我们提出的分布式层级分块MPK在英特尔和AMD现代架构上,针对来自不同科学应用领域的各类稀疏矩阵均实现了显著加速。最后,我们通过求解现代量子物理问题验证了该方法的实用性,在英特尔Sapphire Rapids集群的832个核心上实现了高达4倍的加速比。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
21+阅读 · 2023年7月12日
VIP会员
最新内容
探秘Palantir:驱动美情报的科技巨头
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:14
《美国海军军事海运司令部 2026年手册》
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:05
《人工智能使能系统可靠性框架》
专知会员服务
5+阅读 · 今天2:28
2026“人工智能+”行业发展蓝皮书(附下载)
专知会员服务
14+阅读 · 4月26日
《强化学习数学基础》
专知会员服务
11+阅读 · 4月26日
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员