[发明专利]基于国产申威26010处理器的基2一维FFT的高性能实现方法

摘要

本发明提出一种基于国产申威26010处理器的基2一维FFT的高性能实现方法，基于国产处理器申威26010平台，设计从核内行或列寄存器通信机制、访存‑计算重叠的双缓冲机制和256位单指令流多数据流的向量化运算等多种优化技术，同时提出基于两层分解的Stockham FFT计算框架且分解规则为库利‑图基算法，设计“接口层‑主核层‑从核层‑核心层”的四层结构框架进行基2一维FFT计算，从而有效解决FFT计算的访存带宽受限问题，有效提升基2一维FFT计算性能。与开源FFTW库相比，基于本平台的基2一维FFT计算性能急剧升高，以FFT计算的每秒浮点运算次数为例，其平均加速比为34.4，最高加速比达到50.3。

主权项

1.一种基于国产申威26010处理器的基2一维FFT的高性能实现方法，其特征在于：所述方法基于国产申威26010处理器的一个核组，所述核组由一个主核与64个从核组成，所述方法以接口层、主核层、从核层和核心层的四层结构框架进行FFT处理；接口层和主核层为主核上操作且操作输入输出数据存储于主核内存，从核层和核心层为从核上操作，且操作输入输出数据存储于从核局存LDM，即Local Direct Memory；具体实现如下：(1)接口层建立输入数据的描述符；所述描述符设置FFT计算的基本信息，所述基本信息包括FFT计算中输入序列的数据维度、数据规模、数据精度以及变换类型；所述数据维度为一维，所述数据规模为2的幂，所述数据精度包括64位双精度数据与32位单精度数据，所述变换类型为复数到复数的变换，即输入输出数据皆为复数；；(2)基于步骤(1)所述描述符信息，当输入数据规模N小于等于256时，主核层直接对输入序列进行FFT计算；当输入数据规模N大于等于512时，主核层设计基于两层分解的算法结构对输入序列进行分解，分解结果为多个小因子序列，小因子数据规模小于等于32，则输入序列的FFT计算转化为多个小因子序列的FFT计算，小因子序列的FFT计算在从核上执行；此外，不计输入数据规模N的大小，主核层负责FFT计算过程中所必需的旋转因子序列ω_N的计算，ω_N为不同n,l数值下旋转因子的统一表达方式，主核层直接计算数据为旋转因子n表示输入序列中数据的下标，l表示输出序列中数据的下标，下标即为序列中某一数据于序列中的位置序号；存放于临时数组中，作用于核心层小因子序列的FFT计算；(3)主核上操作完毕之后，从核层发起DMA，即直接内存访问Direct Memory Access，读取主核内存数据至从核LDM中，然后从核对LDM数据进行小因子序列的FFT计算，最后DMA将从核LDM内的FFT计算结果写入主核内存；(4)根据步骤(3)所述的从核对LDM数据进行小因子序列的FFT计算，此计算操作由核心层完成，核心层基于256位SIMD进行向量化运算的小因子优化函数进行小因子序列的FFT计算；SIMD为单指令流多数据流，256位SIMD表示一条指令同时处理256位数据，即FFT计算粒度为256位向量数据；此外，各从核分别进行小因子序列的FFT计算，计算结果存储于各自的LDM中。