NAS Parallel Benchmarks

NAS Parallel Benchmarks — набор тестов производительности нацеленных на проверку возможностей высокопараллельных суперкомпьютеров. Они были разработаны в начале 1990-х годов в рамках программы NASA Numerical Aerodynamic Simulation Program^[1] и поддерживаются в NASA Advanced Supercomputing (NAS) Division, расположенном в NASA Ames Research Center.

NAS Parallel Benchmarks
Тип	промышленный бенчмарк
Разработчик	NASA Advanced Supercomputing Division
Написана на	Фортран, Си
Первый выпуск	1991 (1991)
Аппаратная платформа	кросс-платформенная
Последняя версия	3.4
Сайт	nas.nasa.gov/Software/NP…

История

Более ранние, чем NPB, пакеты тестовых программ, такие как Livermore loops, LINPACK Benchmark и NAS Kernel Benchmark Program, были ориентированны на векторные компьютеры. Многие из них быстро стали неадекватны, в том числе из-за ограничений, связанный с настройкой наведённого параллелизма, и недостаточного размера проблем, которые не соответствовали параллельным системам. Также плохо для них подходили и промышленные приложения, работающие в режиме оценки производительности, из-за большой стоимости портирования их на параллельную систему и невозможности автоматического их распараллеливания на большие системы.

Набор тестов NAS Parallel Benchmarks был разработан в 1991—1992 годах в NASA Ames^[1]. Целью создания пакета тестов стала возможность оценить производительность суперкомпьютеров за несколько часов. В пакет вошли вычислительные ядра, наиболее часто возникавшие при численном моделировании полёта космического аппарата при решении задач гидро- и аэродинамики^[1].

Изначально создателями NPB был создан набор правил и рекомендаций для реализации тестов, задающая допустимые языки программирования, алгоритмы, размерности данных, ограничения на распараллеливание, организации ввода и вывода данных, замера времени и публикации результатов. В первой выпущенной версии, NPB 1, было определено 8 тестов (EP, MG, CG, FT, LU, SP, BT^[2]) и предоставлялись примеры реализации на Fortran 77^[3].

Затем ими была написана публично доступная программная реализация, получившая версию 2.0 (1995—1996 годы^[4]). В версиях 2.3 (1997) и 2.4 (2002) пакет NPB был дополнен вариантом, распараллеленным с помощью стандарта MPI.

В версии NPB 3 были добавлены реализации с распараллеливанием OpenMP, а также на языках Java и High Performance Fortran.

Тесты

В версии 3.3 пакет NPB 3.3 включает в себя 11 тестов.

Тест	Полное название[5]	Версия появления	Описание[5]	Замечания
MG	MultiGrid — множественная сетка	NPB 1[2][5]	Аппроксимация решения трёхмерного дискретного уравнения Пуассона при помощи V-циклового многосеточного метода
CG	Conjugate Gradient — сопряжённый градиент		Приближение к наименьшему собственному значению большой разреженной симметричной положительно-определённой матрицы с использованием inverse iteration вместе с методом сопряжённых градиентов в качестве подпрограммы для решения СЛАУ
FT	Fast Fourier Transform — Быстрое преобразование Фурье		Решение трёхмерного уравнения в частных производных при помощи Быстрого преобразования Фурье (FFT)
IS	Integer Sort — сортировка целых		Сортировка малых целых чисел при помощи карманной сортировки[6]
EP	Embarrassingly Parallel — Чрезвычайно параллельный		Генерация независимых нормально распределённых случайных величин при помощи en:Marsaglia polar method
BT	Block Tridiagonal		Решает синтетическую систему нелинейных диф. уравнений в частных производных (3-мерная система уравнений Навье — Стокса для сжимаемой жидкости или газа), используя три алгоритма: блочная трёхдиагональная схема с методом переменных направлений (BT), скалярная пятидиагональная схема (SP) и метод симметричной последовательной верхней релаксации (алгоритм SSOR, задача LU).	У теста BT есть подтип с большой интенсивностью ввода-вывода[7] Все три версии теста имеют мультизонные варианты[8]
SP	Scalar Pentadiagonal[9] — Скалярный пентадиагональный
LU	Lower-Upper разложение при помощи симметричного метода Гаусса — Зейделя [9]
UA	Unstructured Adaptive[10] — Неструктурированный адаптивный	NPB 3.1[11]	Решение уравнения теплопроводности с учётом диффузии и конвекции в кубе. Источник тепла подвижен, сетка нерегулярна и меняется каждые 5 шагов.[12]	Используется 3D Mortar method
DC	Data Cube operator — оператор «куб данных»[13]
DT	Data Traffic[11][14] — трафик данных	NPB 3.2[11]	Симуляция обменов данными между узлами-источниками, узлами-обработчиками и узлами-потребителями	Только MPI-версия

Литература

• Weeratunga, S.; Barscz, E.; Barton, J.; Browning, D.; Carter, R.; Dagum, L.; Fatoohi, R.; Fineberg, S.; Frederickson, P. (March 1994), The NAS Parallel Benchmarks (PDF), NAS Technical Report RNR-94-007, NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA. {{citation}}: Указан более чем один параметр |first1= and |first= (справка); Указан более чем один параметр |last1= and |last= (справка)
• Bailey, D.; Harris, T.; Saphir, W.; van der Wijngaart, R.; Woo, A.; Yarrow, M. (December 1995), "The NAS Parallel Benchmarks 2.0", NAS Technical Report NAS-95-020, NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA.