本技術(shù)涉及并行計(jì)算，特別是涉及一種對(duì)稱稀疏矩陣向量乘混合加速方法、裝置和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、稀疏矩陣向量乘(spmv)把一個(gè)稀疏矩陣與一個(gè)向量相乘。稀疏矩陣是指矩陣中大部分元素為0的矩陣。這里的向量本身也可是稀疏的，但通常情況下是密集的。稀疏矩陣向量乘作為一種通用的運(yùn)算，在科學(xué)應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)模型、數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索中廣泛應(yīng)用。例如，在利用迭代法求解稀疏線性方程組和特征值的問題。

2、對(duì)于稀疏矩陣，通常僅存儲(chǔ)非零元以節(jié)約存儲(chǔ)空間，提升計(jì)算效率。人們已經(jīng)提出了多種稀疏矩陣存儲(chǔ)格式，主要的稀疏矩陣存儲(chǔ)格式有三種：coo、csr和csc。除了以上主流的格式，現(xiàn)有研究成果還提出了一些特殊的格式，應(yīng)對(duì)不同類型的稀疏矩陣和并行計(jì)算的要求。針對(duì)不同的存儲(chǔ)格式，有不同的矩陣向量乘并行算法。目前，最常見的算法是基于csr格式的按行并行算法，該算法適用于稀疏矩陣中非零元素比較均勻分布的情況，對(duì)于分布不均勻的矩陣效果較差。除此之外，還有基于csr5格式的并行算法、基于csb格式的并行算法和分塊并行的算法等。

3、在實(shí)際應(yīng)用中，很多領(lǐng)域涉及的稀疏矩陣是對(duì)稱的，而對(duì)稱稀疏矩陣可以通過僅存儲(chǔ)上(下)三角矩陣的方式減少內(nèi)存占用，增加計(jì)算訪存比，從而提升計(jì)算性能，盡管可以利用稀疏矩陣的對(duì)稱性質(zhì)減少存儲(chǔ)空間，但是對(duì)于沖突較多的對(duì)稱稀疏矩陣，因其本身并行性不足，反而會(huì)使得效果差于不使用對(duì)稱性時(shí)的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種對(duì)稱稀疏矩陣向量乘的混合模式加速方法、裝置和設(shè)備。

2、一種對(duì)稱稀疏矩陣向量乘混合加速方法，方法適用于共享存儲(chǔ)架構(gòu)計(jì)算機(jī)，方法包括：

3、采用對(duì)稱csr格式sss(sparse?symmetric?skyline)存儲(chǔ)待向量乘運(yùn)算的對(duì)稱稀疏矩陣。

4、根據(jù)對(duì)稱稀疏矩陣向量乘中行與行之間的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，構(gòu)建沖突圖。

5、調(diào)用圖劃分工具在邏輯上把沖突圖劃分成若干個(gè)子圖以及相鄰子圖之間的隔離區(qū)，并對(duì)每個(gè)子圖內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序。

6、對(duì)隔離區(qū)逐層進(jìn)行遞歸劃分并對(duì)所有子圖和隔離區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)行排序，并以樹的形式組織和存儲(chǔ)在共享內(nèi)存中，直到劃分層數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)層數(shù)之后停止劃分，得到任務(wù)依賴樹。

7、根據(jù)任務(wù)依賴樹將對(duì)稱稀疏矩陣向量乘的任務(wù)進(jìn)行分解，將分解的任務(wù)分配給對(duì)應(yīng)處理器。

8、所有處理器采用混合加速策略進(jìn)行并行計(jì)算；混合加速策略為基于對(duì)稱csr格式sss的按行并行策略和基于csr格式的按行并行策略的混合。

9、在其中一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)稱csr格式sss包括行指針位置、列坐標(biāo)、非零元數(shù)值和對(duì)角線數(shù)值四個(gè)數(shù)組；其中，行指針位置數(shù)組用于記錄了每行中第一個(gè)非零元素的位置在非零值數(shù)組中的索引；列坐標(biāo)數(shù)組用于存儲(chǔ)每個(gè)非零元素的列索引；非零元數(shù)值數(shù)組用于存儲(chǔ)非零元素的數(shù)值；對(duì)角線數(shù)值數(shù)組用于存儲(chǔ)對(duì)稱矩陣的對(duì)角線元素的數(shù)值。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所有處理器采用混合加速策略進(jìn)行并行計(jì)算，包括：

11、每個(gè)處理器先對(duì)分配的任務(wù)中任務(wù)依賴樹的所有子圖對(duì)應(yīng)的任務(wù)采用對(duì)稱csr格式sss按行并行策略進(jìn)行計(jì)算，然后再對(duì)隔離區(qū)對(duì)應(yīng)的任務(wù)采用csr格式按行并行策略進(jìn)行計(jì)算。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)用網(wǎng)格劃分工具在邏輯上把沖突圖劃分成若干個(gè)子圖以及相鄰子圖之間的隔離區(qū)，并對(duì)每個(gè)子圖內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，包括：

13、調(diào)用metis圖劃分工具把沖突圖劃分成若干個(gè)子圖。

14、遍歷所有子圖中的節(jié)點(diǎn)并檢測(cè)其是否與其他子圖的節(jié)點(diǎn)存在連邊。

15、對(duì)于與其他子圖中的點(diǎn)存在連邊的點(diǎn)，將該點(diǎn)從原本的子圖中剔除并劃分到隔離區(qū)中。

16、對(duì)于與其他子圖內(nèi)的點(diǎn)不存在連邊的點(diǎn)不做處理。

17、對(duì)各個(gè)子圖以及隔離區(qū)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重排序，使得各個(gè)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)連續(xù)。

18、在其中一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)隔離區(qū)逐層進(jìn)行遞歸劃分并對(duì)所有子圖和隔離區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)行排序，并以樹的形式組織和存儲(chǔ)在共享內(nèi)存中，直到劃分層數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)層數(shù)之后停止劃分，得到任務(wù)依賴樹，包括：

19、將所有隔離區(qū)合并后進(jìn)行逐層遞歸劃分，每次劃分后對(duì)子圖和隔離區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新排序，并以樹的形式組織和存儲(chǔ)在共享內(nèi)存中，直到劃分層數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)層數(shù)之后停止劃分，得到任務(wù)依賴樹。

20、一種對(duì)稱稀疏矩陣向量乘混合加速裝置，裝置包括：

21、對(duì)稱稀疏矩陣存儲(chǔ)模塊，用于采用對(duì)稱csr格式sss存儲(chǔ)待向量乘運(yùn)算的對(duì)稱稀疏矩陣。

22、沖突圖構(gòu)建模塊，用于根據(jù)對(duì)稱稀疏矩陣向量乘中行與行之間的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，構(gòu)建沖突圖。

23、任務(wù)依賴樹構(gòu)建模塊，用于調(diào)用圖劃分工具在邏輯上把沖突圖劃分成若干個(gè)子圖以及相鄰子圖之間的隔離區(qū)，并對(duì)每個(gè)子圖內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序；對(duì)隔離區(qū)逐層進(jìn)行遞歸劃分并對(duì)所有子圖和隔離區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)行排序，并以樹的形式組織和存儲(chǔ)在共享內(nèi)存中，直到劃分層數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)層數(shù)之后停止劃分，得到任務(wù)依賴樹。

24、任務(wù)依賴樹執(zhí)行模塊，用于根據(jù)任務(wù)依賴樹將對(duì)稱稀疏矩陣向量乘的任務(wù)進(jìn)行分解，將分解的任務(wù)分配給對(duì)應(yīng)處理器；所有處理器采用混合加速策略進(jìn)行并行計(jì)算；混合加速策略為基于對(duì)稱csr格式sss的按行并行策略和基于csr格式的按行并行策略的混合。

25、在其中一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)稱稀疏矩陣存儲(chǔ)模塊中對(duì)稱csr格式sss包括行指針位置、列坐標(biāo)、非零元數(shù)值和對(duì)角線數(shù)值四個(gè)數(shù)組；其中，行指針位置數(shù)組用于記錄了每行中第一個(gè)非零元素的位置在非零值數(shù)組中的索引；列坐標(biāo)數(shù)組用于存儲(chǔ)每個(gè)非零元素的列索引；非零元數(shù)值數(shù)組用于存儲(chǔ)非零元素的數(shù)值；對(duì)角線數(shù)值數(shù)組用于存儲(chǔ)對(duì)稱矩陣的對(duì)角線元素的數(shù)值。

26、在其中一個(gè)實(shí)施例中，任務(wù)依賴樹執(zhí)行模塊，還用于每個(gè)處理器先對(duì)分配的任務(wù)中任務(wù)依賴樹的所有子圖對(duì)應(yīng)的任務(wù)采用對(duì)稱csr格式sss按行并行策略進(jìn)行計(jì)算，然后再對(duì)隔離區(qū)對(duì)應(yīng)的任務(wù)采用csr格式按行并行策略進(jìn)行計(jì)算。

27、在其中一個(gè)實(shí)施例中，任務(wù)依賴樹構(gòu)建模塊，還用于調(diào)用metis圖劃分工具把沖突圖劃分成若干個(gè)子圖；遍歷所有子圖中的節(jié)點(diǎn)并檢測(cè)其是否與其他子圖的節(jié)點(diǎn)存在連邊；對(duì)于與其他子圖中的點(diǎn)存在連邊的點(diǎn)，將該點(diǎn)從原本的子圖中剔除并劃分到隔離區(qū)中；對(duì)于與其他子圖內(nèi)的點(diǎn)不存在連邊的點(diǎn)不做處理；對(duì)各個(gè)子圖以及隔離區(qū)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重排序，使得各個(gè)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)連續(xù)。

28、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一方法的步驟。

29、上述稱稀疏矩陣向量乘的混合加速方法、裝置和設(shè)備，所述方法包括：采用對(duì)稱csr格式sss存儲(chǔ)待向量乘運(yùn)算的對(duì)稱稀疏矩陣；根據(jù)對(duì)稱稀疏矩陣向量乘中行與行之間的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，構(gòu)建沖突圖；調(diào)用圖劃分工具在邏輯上把沖突圖劃分成若干個(gè)子圖以及相鄰子圖之間的隔離區(qū)，并對(duì)每個(gè)子圖內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序；對(duì)隔離區(qū)逐層進(jìn)行遞歸劃分并對(duì)所有子圖和隔離區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)行排序，并以樹的形式組織和存儲(chǔ)在共享內(nèi)存中，直到劃分層數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)層數(shù)之后停止劃分，得到任務(wù)依賴樹；根據(jù)任務(wù)依賴樹將對(duì)稱稀疏矩陣向量乘的任務(wù)進(jìn)行分解，將分解的任務(wù)分配給對(duì)應(yīng)處理器；所有處理器采用混合加速策略進(jìn)行并行計(jì)算；混合加速策略為基于對(duì)稱csr格式sss的按行并行策略和基于csr格式的按行并行策略的混合。本方法結(jié)合兩種策略的優(yōu)勢(shì)，減少了存儲(chǔ)內(nèi)存的消耗，增加了計(jì)算訪存比；對(duì)沖突較多對(duì)稱并行性較差的部分用csr行并行策略，提高總體性能。