1、心臟疾病是人類三大疾病之一。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)心肌細(xì)胞的生理行為進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并在計(jì)算機(jī)上模擬，可以模擬各種心臟疾病。心電模型模擬對(duì)一些復(fù)雜假說(shuō)進(jìn)行驗(yàn)證，預(yù)測(cè)，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)研究心臟電生理學(xué)，心率不齊，藥物作用，以及心臟疾病的預(yù)防和治療具有非常重要的作用。然而，必須有足夠的模擬精度才能有效的模擬心肌行為問(wèn)題。高時(shí)空精度的計(jì)算需要巨大的計(jì)算量，因此，需要高性能計(jì)算機(jī)才能滿足其計(jì)算需求。當(dāng)前越來(lái)越多的高性能計(jì)算平臺(tái)使用MIC協(xié)處理器來(lái)

2、實(shí)現(xiàn)計(jì)算加速。如排名世界第一的天河2號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)的每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)就裝配有3個(gè)MIC協(xié)處理器?；趨f(xié)處理器進(jìn)行計(jì)算已經(jīng)成為大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算應(yīng)用獲得高性能的重要方式。目前，還沒(méi)有基于MIC協(xié)處理器平臺(tái)的心電模型模擬應(yīng)用研究與實(shí)現(xiàn)，也沒(méi)有針對(duì)單節(jié)點(diǎn)內(nèi)多協(xié)處理器之間的高效編程與通信模式的研究。本課題針對(duì)單節(jié)點(diǎn)多核CPU+多MIC的混合平臺(tái)，對(duì)心電模型模擬應(yīng)用進(jìn)行了研究和實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)針對(duì)單節(jié)點(diǎn)內(nèi)多協(xié)處理器結(jié)構(gòu)的高效編程與通信模式進(jìn)行研究。
　　本

3、研究主要內(nèi)容包括：⑴選取一個(gè)簡(jiǎn)單的基于有限差分求解的心臟模型模擬應(yīng)用，探索實(shí)現(xiàn)了在通用多核CPU平臺(tái)上和單MIC平臺(tái)上的并行編程與優(yōu)化技術(shù)。本應(yīng)用的模擬計(jì)算包括求解偏微分方程（PDE）和常微分方程（ODE）兩個(gè)部分，其中，PDE部分主要是一個(gè)三維7點(diǎn)模板計(jì)算，ODE部分則選取一個(gè)簡(jiǎn)單的4變量前向歐拉有限差分法計(jì)算。我們采取了OpenMP多線程，手動(dòng)向量化，訪問(wèn)對(duì)齊，數(shù)值算法優(yōu)化等技術(shù)進(jìn)行并行編程與優(yōu)化，并初步探討了采用卸載（offloa

4、d）編程模式在CPU與單協(xié)處理器平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化。這些并行手段為我們接下來(lái)在多MIC協(xié)處理器平臺(tái)的編程與優(yōu)化提供了并行基礎(chǔ)。⑵在前面簡(jiǎn)單模型計(jì)算的研究基礎(chǔ)上，選取了一個(gè)更接近現(xiàn)實(shí)世界的以擴(kuò)散-反應(yīng)方程為核心的數(shù)學(xué)模型?；谔旌?號(hào)單節(jié)點(diǎn)內(nèi)有3個(gè)MIC協(xié)處理器的平臺(tái)，本課題中我們首次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了兩種不同的卸載（offload）方式，基于pragma的卸載模式和基于系統(tǒng)級(jí)接口（COI和SCIF）的卸載模式，并分別實(shí)現(xiàn)了這兩種不同卸載模式針對(duì)