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出版者:Springer

作者:Halatsis, Costas; Maritsas, Dimitrios; Philokyprou, George

出品人:

页数:860

译者:

出版时间:1994-07-22

价格:USD 121.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783540581840

丛书系列:

图书标签:

• 并行架构
• 并行语言
• 计算机科学
• 软件工程
• 高性能计算
• 欧洲会议
• PARLE
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• 编程语言
• 算法

PARLE '94: Parallel Architectures and Languages Europe 会议论文集摘要 本书收录了在芬兰赫尔辛基举行的第十届欧洲并行架构与语言会议（PARLE '94）上宣读的精选论文。本次会议汇集了来自全球顶尖研究机构和工业界的学者与工程师，共同探讨了并行计算领域在理论、架构、系统软件和实际应用方面的前沿进展与挑战。 PARLE '94 紧随并行处理技术飞速发展的浪潮，集中关注如何构建更高效、更具可扩展性的并行系统，以及如何为这些系统开发出更易用、性能更优化的编程模型和语言。会议议题涵盖了从底层硬件设计到高层应用开发的广阔频谱。 第一部分：并行架构与系统设计 本部分深入探讨了支撑下一代高性能计算的硬件基础。论文集中展示了对新型处理器设计、互连网络拓扑结构以及存储器系统组织方式的创新探索。 处理器架构的演进： 多个研究小组报告了关于超标量（Superscalar）和向量处理器的最新设计思路，特别关注了乱序执行（Out-of-Order Execution）的效率优化和分支预测机制的改进。有论文详细分析了特定领域架构（DSA）在加速科学计算和多媒体处理中的潜力，例如专门为信号处理或图像渲染优化的流水线设计。此外，对新型并行计算范式的硬件支持也进行了讨论，包括数据流处理器和混合架构的初步实现。 互连网络与通信： 随着节点数量的增加，高效、低延迟的通信成为瓶颈。论文展示了多种网络拓扑结构的性能评估，包括Mesh、Torus以及更高维度的结构。重点讨论了路由算法的优化，旨在减少拥塞和死锁的发生。多项研究关注了网络接口设计（NIC）的改进，以降低主机 CPU 的开销，实现更接近零拷贝的通信。针对大规模系统，异构互连技术的集成方案，例如将光纤技术引入背板设计，也成为探讨的热点。 存储器层次结构与一致性： 在多处理器系统中，如何管理共享数据的一致性是核心难题。本部分收录了关于缓存一致性协议（如基于目录的协议）的详细性能分析。研究人员还探索了非一致性内存访问（NUMA）架构下的优化策略，包括远程访问的预测和预取机制。此外，针对大规模数据密集型应用，论文也探讨了新型存储技术（如非易失性存储器的早期概念）在并行系统中的潜在角色。 第二部分：编程模型、语言与编译器 高效利用并行硬件的关键在于软件。本部分聚焦于如何使程序员能够更自然、更安全地表达并行计算，并由编译器有效地映射到目标架构上。 并行程序设计语言： 传统的指令集并行（ILP）编程日益复杂，研究人员提出了面向特定并行范式的语言扩展或全新语言。讨论包括更高级别的抽象，例如数据并行（Data Parallelism）和任务并行（Task Parallelism）的语言结构。有论文深入分析了面向对象范式在并行环境中的适用性，以及如何扩展现有语言（如 C++ 或 Fortran）以更好地支持并行化。 编译器优化技术： 编译器在自动并行化和性能调优中扮演至关重要的角色。论文展示了新的循环变换技术，如 Loop Tiling（分块）和 Loop Interchange，这些技术旨在提高数据局部性和缓存命中率。针对向量处理器和SIMD（单指令多数据）单元，编译器如何生成最优化的指令序列，减少指令级并行开销，是重要的研究方向。此外，对依赖分析的准确性提升，以安全地进行并行代码的自动生成，也是核心议题。 运行时系统与中间表示： 为了在不同架构间移植应用，中间表示（IR）的设计至关重要。本部分收录了关于新型运行时库和抽象层的设计方案，这些系统负责动态调度任务、管理线程和资源分配。针对分布式内存系统，论文提出了更精细化的通信原语和同步机制，旨在提高应用程序的负载均衡。 第三部分：并行算法与应用 此部分重点展示了并行计算在解决实际科学、工程和社会问题中的最新成果。 科学计算与数值方法： 大量的论文集中在对经典数值方法的并行化上，包括求解大型稀疏线性方程组（如预条件共轭梯度法）、有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）。研究人员展示了如何利用大规模并行机来处理比以往大得多的问题规模，并讨论了在高度并行环境中保持数值稳定性的挑战。 图论与数据结构并行化： 随着网络和数据库规模的扩大，并行处理图算法（如最短路径、图遍历）的需求激增。论文探讨了针对稀疏图数据结构的并行算法设计，以及如何克服数据访问模式不规则性带来的性能损失。 分布式应用与系统集成： 探讨了将并行技术应用于更宏观的系统集成，例如分布式数据库管理系统中的事务处理优化，以及在多处理器环境中实现可靠的分布式文件系统。特定应用如蒙特卡洛模拟、分子动力学模拟等，展示了其在特定并行架构上的效率提升。 总结 PARLE '94 会议记录了 1994 年欧洲并行计算领域研究的深度与广度。它不仅反映了硬件设计者在追求更高 FLOPs 时的不懈努力，也强调了软件层面的创新对于将这些理论性能转化为实际生产力的决定性作用。会议论文集为研究人员提供了一个关键的时间快照，展示了当时并行计算界如何应对可扩展性、编程复杂性和实际应用效率这三大核心挑战。

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这次重读，我更关注那些关于并行程序设计的“实战经验”部分。那些描述特定应用领域如何映射到并行硬件上的案例研究，提供了宝贵的工程智慧。无论是涉及大型有限元分析、分子动力学模拟，还是早期对数据库并行查询处理的研究，论文作者们都坦诚地记录了遇到的陷阱和突破口。他们没有回避移植到新架构时遇到的“银弹”幻灭感，反而细致地分析了数据分布策略对性能的非线性影响。有一篇关于并行排序算法在分布式缓存系统中的表现分析，其对缓存不一致性和伪共享问题的处理方式，即便在今天看来，依然是优化多核程序时的重要提醒。这本书的价值在于，它展示了“并行”并非一个单一的技术栈，而是一系列特定问题的集合，每种问题都需要根据其数据访问模式和计算密度，选择最合适的并行化策略。它像是一本早期并行工程师的“修炼笔记”，充满了对细节的执着和对性能瓶颈的敏锐洞察。

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这本书的架构部分，虽然时间久远，但其对并行性分类和拓扑结构选择的讨论，依然是教科书级别的范例。我尤其欣赏论文集里那些对非传统架构的大胆探索。我们现在习惯了大规模集群和多核CPU，但在这里，你能找到大量关于异构计算早期尝试的记录——那些专门为特定科学计算领域定制的处理器设计理念，以及它们在通信带宽和数据局部性方面所做的精妙权衡。例如，对网格计算、三维多面体网格的讨论，展现了研究人员如何试图将复杂的空间问题分解到可管理的并行单元中。不同于今天高度依赖GPU的并行范式，这里的重点更多地放在了网络互连的拓扑结构对可扩展性的制约上。不同的互连网络（如Hypercube、Mesh、Torus）的路由算法和故障容忍机制被进行了细致的建模和性能分析。这不仅是对历史硬件的记录，更是对计算几何和网络理论在并行系统设计中应用的深刻洞察，是理解计算基础理论如何转化为实际机器蓝图的绝佳窗口。

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那本《PARLE '94 Parallel Architectures and Languages Europe》的会议论文集，真是一部令人叹为观止的时代注脚。翻开它，就像是穿越回了九十年代初中期，那股对并行计算的狂热和探索欲扑面而来。我记得当时业界对“如何让更多处理器协同工作”这个问题充满了各种大胆的猜想和激进的尝试。这本书汇集了来自欧洲各地顶尖研究者的心血，它没有被后来的技术浪潮完全淹没，反而像一块琥珀，凝固了当时最前沿的思想脉络。那些关于分布式内存系统的讨论，尽管现在看来可能有些基础，但其对抽象层次和编程模型选择的深入剖析，至今仍有借鉴意义。特别是关于数据依赖性分析和编译器优化策略的论文，它们描绘了如何在硬件并行性与软件实现效率之间找到那个微妙的平衡点。那时的研究者们，面对着尚未完全成熟的商业化并行硬件，依然能够构建出理论上优雅且在实践中充满挑战的算法框架，这种精神本身就值得我们反复玩味。这本书提供了一个绝佳的视角，让我们得以窥见，在通用处理器尚未占据绝对主导地位的年代，学术界是如何在高风险、高回报的并行领域耕耘不辍的。

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阅读这本汇编时，我最大的感受是其对“语言”层面关注的深度，这在当今许多侧重于特定硬件加速器的论文集中是很难找到的。PARLE 系列会议一向以其跨学科的视野著称，'94年的这本尤为突出地展示了如何将理论上的并行模型，映射到具体的编程语言结构中。那些关于面向对象并行编程范式、函数式语言在并发控制中的应用，以及为特定并行机设计的领域特定语言（DSL）的探讨，极具启发性。作者们似乎在努力解决一个核心矛盾：如何在保持编程直观性的同时，最大限度地释放硬件潜力。论文中对同步机制、消息传递模型的细致比较，揭示了早期研究者在设计健壮、可扩展并行软件时所面临的认知负荷。有一篇关于惰性评估在并行数据流计算中作用的论文给我留下了深刻印象，它探讨了如何利用推迟计算来自然地处理数据流的顺序问题，这在后来的响应式编程中也找到了回响。总的来说，这本书是理解并行语言设计哲学演变史的宝贵资料，它充满了对抽象层级与底层硬件交互的深刻思考，而非仅仅是性能跑分的结果堆砌。

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从宏观上看，《PARLE '94》提供了一个关于欧洲并行计算研究生态系统的快照。它不仅仅是技术报告的集合，更像是一个思想交锋的平台。你能感受到一种求真务实的研究氛围，对比同期美国和日本在某些硬件方向上的侧重，欧洲的研究更偏向于基础理论的严谨性和软件工程的可维护性。这种对长期稳定性和理论完备性的追求，使得书中的一些概念，如抽象计算模型和形式化验证方法，至今仍闪耀着光芒。它也反映了当时对大规模计算资源获取的挑战，许多研究不得不侧重于如何高效利用有限的、分散的并行资源，而非仅仅是追求极限速度。阅读这些论文，你会发现，许多我们现在视为“理所当然”的并行编程模型，其最初的形态是多么的复杂和充满妥协。这本书帮助我理解了“现在”的并行计算工具是如何一步步从这些早期的探索中提炼、简化和演化而来的，它为我们提供了一个坚实的历史坐标系，用以衡量我们当前的技术进步究竟处在哪个阶段。

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