NAS Parallel Benchmarks

NAS Parallel Benchmarks — набір тестів продуктивності націлених на перевірку можливостей високопаралельних суперкомп'ютерів. Вони були розроблені на початку 1990-х в рамках програми NASA Numerical Aerodynamic Simulation Program^[1] і підтримуються в NASA Advanced Supercomputing (NAS) Division, розташованому в NASA Ames Research Center.

Історія

Більш ранні, ніж NPB, пакети тестових програм, такі як Livermore loops, LINPACK benchmarks і NAS Kernel Benchmark Program [Архівовано 6 червня 2017 у Wayback Machine.], були орієнтовані на векторні комп'ютери. Багато з них швидко стали неадекватні, в тому числі через обмеження, пов'язані з налаштуванням наведеного паралелізму, і недостатній розмір проблем, які не відповідали паралельним системам. Також погано для них підходили і промислові додатки, що працюють у режимі оцінки продуктивності, через велику вартість їх портування на паралельну систему і неможливості автоматичного їх розпаралелювання на великі системи.

Набір тестів NAS Parallel Benchmarks був розроблений у 1991-1992 роках в NASA Ames^[1]. Метою створення пакету тестів стала можливість оцінити продуктивність суперкомп'ютерів за кілька годин. До пакету увійшли обчислювальні ядра, найбільш часто виникали при чисельному моделюванні польоту космічного апарата при рішенні завдань гідро - і аеродинаміки^[1].

Спочатку творцями NPB був створений набір правил і рекомендацій для реалізації тестів, що задає допустимі мови програмування, алгоритми, розмірності даних, обмеження на розпаралелювання, організації введення і виводу даних, виміру часу і публікації результатів. У першій випущеної версії, NPB 1, було визначено 8 тестів (EP, MG, CG, FT, LU, SP, BT^[2]) і надавалися приклади реалізації на Fortran 77^[3].

Пізніше ними була написана публічно доступна програмна реалізація, що отримала версію 2.0 (1995-1996 роки^[4]). У версіях 2.3 (1997) і 2.4 (2002) пакет NPB був доповнений варіантом, розпаралеленим з допомогою стандарту MPI.

У версії NPB 3 були додані реалізації з розпаралелювання OpenMP, а також на мовах Java і High Performance Fortran.

Тести

В версії 3.3 пакет NPB 3.3 включає в себе 11 тестів.

Тест	Повна назва	Версія створення	Опис	Зауваження
MG	MultiGrid — множинна сітка	NPB 1[2]	Апроксимація рішення тривимірного дискретного рівняння Пуассона за допомогою V-циклового багатосіточного методу
CG	Conjugate Gradient — пов'язаний градієнт		Наближення до найменшого своїм значенням великий розрідженій симетричною позитивно певної матриці з використанням inverse iteration разом з методом сполучених градієнтів як підпрограми для вирішення СЛАР
FT	Fast Fourier Transform — швидке перетворення Фур'є		Рішення тривимірного рівняння в приватних похідних за допомогою Швидкого перетворення Фур'є (FFT)
IS	Integer Sort — сортування цілих		Сортування малих цілих чисел за допомогою карманого сортування[5]
EP	Embarrassingly Parallel — приголомшливо паралельний		Сортування малих цілих чисел за допомогою Генерація незалежних нормально розподілених випадкових величин за допомогою Marsaglia polar method[en]
BT	Block Tridiagonal		Вирішує синтетичну систему нелінійних диф. рівнянь в приватних похідних (3-вимірної система рівнянь Нав'є-Стокса для стисливої рідини або газу), використовуючи три алгоритму: блочна трехдіагональной схема з методом змінних напрямків (BT), скалярная пятідіагональная схема (SP) і метод симетричною послідовної верхньої релаксації (алгоритм SSOR , завдання LU).	У теста BT є підтип з великою інтенсивністю вводу-вивода[6] Всі три версії теста мають мультизонні варіанти[7]
SP	Scalar Pentadiagonal[8] — Скалярний пентадіагональний
LU	Lower-Upper -розкладання за допомогою симетричного методу Гаусса-Зейделя [8]
UA	Unstructured Adaptive[9] — Неструктурований Адаптивний	NPB 3.1[10]	Рішення рівняння теплопровідності з урахуванням дифузії та конвекції в кубі. Джерело тепла рухливий, сітка нерегулярна і змінюється кожні 5 кроків.	* Використовується 3D Mortar method
DC	Data Cube operator — оператор «куб даних»[11]
DT	Data Traffic[10][12] — трафік даних	NPB 3.2[10]	Симуляція обмінів даними між вузлами-джерелами, вузлами-обробниками і вузлами-споживачами	Тільки MPI-версия

Література

• Weeratunga, S.; Barscz, E.; Barton, J.; Browning, D.; Carter, R.; Dagum, L.; Fatoohi, R.; Fineberg, S. та ін. (March 1994). "The NAS Parallel Benchmarks [Архівовано 22 грудня 2016 у Wayback Machine.] ". NAS Technical Report RNR-94-007. NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA
• 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