Разработка прототипа высокопроизводительного графового фреймворка для векторной архитектуры NEC SX–Aurora TSUBASA

Авторы

  • И.В. Афанасьев Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

DOI:

https://doi.org/10.26089/NumMet.v21r325

Ключевые слова:

NEC SX–Aurora TSUBASA, векторные архитектуры, графовые алгоритмы, графовый фреймворк, графовый API, поиск кратчайших путей в графе, поиск в ширину в графе

Аннотация

В данной статье описан подход к созданию прототипа графового фреймворка VGL (Vector Graph Library), нацеленного на эффективную реализацию графовых алгоритмов для современной векторной архитектуры NEC SX–Aurora TSUBASA. Современные векторные системы позволяют значительно ускорять приложения, интенсивно использующие подсистему памяти, подклассом которых являются графовые алгоритмы. Однако подходы к эффективной реализации графовых алгоритмов для векторных систем на сегодняшний день исследованы крайне слабо: вследствие сильно нерегулярной структуры графов реального мира, эффективно задействовать векторные особенности целевых платформ затруднительно. В работе показано, что разработанные на основе предложенного фреймворка VGL реализации графовых алгоритмов не уступают в производительности оптимизированным “вручную” аналогам за счет инкапсуляции большого числа оптимизаций графовых алгоритмов, характерных для векторных систем. Вместе с этим предложенный фреймворк позволяет значительно упростить процесс разработки графовых алгоритмов для векторных систем, на порядок сокращая объем кода реализуемых алгоритмов и скрывая от пользователя особенности программирования систем данного класса.

Автор

И.В. Афанасьев

Библиографические ссылки

  1. F. McSherry, M. Isard, and D. G. Murray, “Scalability! but at What COST?,” In 15th Workshop in Proc. 15th Workshop on Hot Topics in Operating Systems, Kartause Ittingen, Switzerland, May 18-20, 2015 ,
    https://www.usenix.org/conference/hotos15 . Cited August 15, 2020.
  2. L. Backstrom, P. Boldi, M. Rosa, et al., “Four Degrees of Separation,” in Proc. 4th Annual ACM Web Science Conference, Web Science 2012 (Evanston, IL, USA) (ACM Press, New York, 2012), pp. 33-42.
  3. I. V. Afanasyev, Vad. V. Voevodin, Vl. V. Voevodin, et al., “Developing Efficient Implementations of Shortest Paths and Page Rank Algorithms for NEC SX-Aurora TSUBASA Architecture,” Lobachevskii J. Math. 40 (11), 1753-1762 (2019).
  4. I. V. Afanasyev, A. S. Antonov, D. A. Nikitenko, et al., “Developing Efficient Implementations of Bellman-Ford and Forward-Backward Graph Algorithms for NEC SX-ACE,” Supercomput. Front. Innov. 5 (3), 65-69 (2018).
  5. J. Shun and G. E. Blelloch, “Ligra: a Lightweight Graph Processing Framework for Shared Memory,” ACM SIGPLAN Notices 48 (8), 135-146 (2013).
  6. D. Nguyen, A. Lenharth, and K. Pingali, “A Lightweight Infrastructure for Graph Analytics,” in Proc. 24th ACM Symposium on Operating Systems Principles, Farmington, USA, November 3-6, 2013 (ACM Press, New York, 2013), pp. 456-471.
  7. Y. Wang, A. Davidson, Y. Pan, et al., “Gunrock: A High-Performance Graph Processing Library on the GPU,” in Proc. 21st ACM SIGPLAN Symposium on Principles and Practice of Parallel Programming, Barcelona, Spain, March 12-16, 2016 ACM SIGPLAN Notices 48 (2016). doi 10.1145/3016078.2851145
  8. F. Khorasani, K. Vora, R. Gupta, and L. N. Bhuyan, “CuSha: Vertex-Centric Graph Processing on GPUs,” in Proc. 23rd International Symposium on High-Performance Parallel and Distributed Computing, Vancouver, Canada, June 23-27, 2014 (ACM Press, New York, 2014), pp. 239-251.
  9. J. Zhong and B. He, “Medusa: Simplified Graph Processing on GPUs,” IEEE Trans. Parallel Distrib. Syst. 25 (6), 1543-1552 (2013).
  10. H. Liu and H. Howie Huang, “Enterprise: Breadth-First Graph Traversal on GPUs,” in Proc. Int. Conf. on High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis, Austin, USA, November 15-20, 2015 (IEEE Press, Piscataway, 2015), doi 10.1145/2807591.2807594
  11. K. Komatsu, S. Momose, Y. Isobe, et al., “Performance Evaluation of a Vector Supercomputer SX-Aurora TSUBASA,” in Proc. Int. Conf. on High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis, Dallas, USA, November 11-16, 2018 (IEEE Press, Piscataway, 2018), doi 10.1109/SC.2018.00057
  12. Y. Yamada and S. Momose, “Vector Engine Processor of NEC’s Brand-New Supercomputer SX-Aurora TSUBASA,” in Proc. Int. Symposium on High Performance Chips, Cupertino, August 19-21, 2018 ,
    https://www.hotchips.org/hc30/2conf/2.14_NEC_vector_NEC_SXAurora_TSUBASA_HotChips30_finalb.pdf,
    Cited August 15, 2020.
  13. R. Egawa, K. Komatsu, S. Momose, et al., “Potential of a Modern Vector Supercomputer for Practical Applications: Performance Evaluation of SX-ACE,” J. Supercomput. 73, 3948-3976 (2017).
  14. K. Komatsu, R. Egawa, Y. Isobe, et al., “An Approach to the Highest Efficiency of the HPCG Benchmark on the SX-ACE Supercomputer,” in Proc. Int. Conf. on High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis, Austin, USA, November 15-20, 2015 ,
    http://sc15.supercomputing.org/sites/all/themes/ SC15images/tech_poster/poster_files/post277s2-file3.pdf . Cited August 15, 2020.
  15. I. V. Afanasyev, Vad. V. Voevodin, Vl. V. Voevodin, et al., “Analysis of Relationship Between SIMD-Processing Features Used in NVIDIA GPUs and NEC SX-Aurora TSUBASA Vector Processors,” in Lecture Notes in Computer Science (Springer, Heidelberg, 2019), Vol. 11657, pp. 125-139.
  16. M. Besta, M. Podstawski, L. Groner, et al., “To Push or To Pull: On Reducing Communication and Synchronization in Graph Computations,” in Proc. 26th International Symposium on High-Performance Parallel and Distributed Computing, Washington DC, USA, June 26-30, 2017 New York: ACM Press, 2017. 93-104.
  17. D. Chakrabarti, Y. Zhan, and C. Faloutsos, “R-MAT: A Recursive Model for Graph Mining,” in Proc. 2004 SIAM International Conference on Data Mining, Orlando, USA, April 22-24, 2004 (SIAM Press, Philadelphia, 2004), pp. 442-446.
  18. J. Kunegis, “KONECT: The Koblenz Network Collection,” in Proc. Int. 22nd Conf. on World Wide Web, Rio de Janeiro, Brazil, May 13-17, 2013 (ACM Press, New York, 2013), pp. 1343-1350.
  19. Stanford Large Network Dataset Collection.
    https://snap.stanford.edu/data/. Cited August 15, 2020.
  20. R. C. Murphy, K. B. Wheeler, B. W. Barrett, and J. A. Ang, “Introducing the Graph 500,”
    http://www.richardmurphy.net/archive/cug-may2010.pdf . Cited August 15, 2020.

Загрузки

Опубликован

2020-09-27

Как цитировать

Афанасьев И.В. Разработка прототипа высокопроизводительного графового фреймворка для векторной архитектуры NEC SX–Aurora TSUBASA // Вычислительные методы и программирование. 2020. 21. 290-305. doi 10.26089/NumMet.v21r325

Выпуск

Раздел

Параллельные программные средства и технологии

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)