依托鲲鹏处理器矩阵算力 中科大陈俊仕团队破解稀疏计算效率难题

2025-12-01 11:50:54 来源:中华网科技
        【每日科技网】

  从电路模拟的复杂推演到量子化学的微观分析,大规模稀疏线性方程组的高效求解是科学计算领域的核心需求。但传统稀疏直接求解器因数据非零元分布稀疏且不规则,导致运算低效、算力浪费等问题。近日,中国科学技术大学计算机科学与技术学院特任副研究员陈俊仕团队,在鲲鹏昇腾科教创新卓越中心的算力支持下,创新研发出面向鲲鹏处理器矩阵算力基于密集kernel的LU直接求解器,以密集运算方式实现了稀疏计算的高效求解,成功突破传统运算瓶颈。

  该研究创新构建了一种面向稀疏矩阵计算的密集计算范式,系统化解构了传统稀疏直接求解器的性能瓶颈。团队通过将分散的非零元整合为更加规整的密集数据块,将不规则稀疏矩阵映射为统一稠密的大块结构,进而采用基于稠密矩阵运算的数值分解算法,取代传统稀疏运算中聚合非零小分块的碎片化计算模式,显著降低了由不规则内存访问引发的计算与调度开销,最终实现了计算效率与硬件利用率的协同优化。

  该方案的顺利落地,深度依赖于鲲鹏平台的计算特性。硬件层面,鲲鹏920新型号集成专用矩阵运算单元,原生具备高密度数值分解运算的高效承载能力,可精准匹配密集数据块的集中化处理需求;其多核架构为大规模密集数据块的并行运算提供了坚实基础,避免算力闲置或过载。软件层面,鲲鹏 KML 数学库针对密集型矩阵运算进行深度优化,通过底层算法与硬件架构的协同,进一步放大了密集运算模式的性能潜力。经 70 余个跨领域测试集验证,该方案性能较SuperLU 求解器平均加速32.2倍,在基础硬件配置下实现了平均 9.6 倍性能加速,大幅压缩了科学计算的时间成本。

  目前,相关研究成果已发表于 CCF B 类国际会议 Euro-Par 2025,其核心技术已申请中国发明专利并获得授权。此次成果是鲲鹏平台在科学计算领域的典型实践,该方法对于现代高性能处理器上稀疏计算问题的高效求解、充分地发挥处理器上的矩阵运算单元具有很好的应用价值。未来,随着鲲鹏生态的持续完善,其在高性能计算领域的赋能作用将进一步凸显,助力更多科研团队突破技术难关,推动科研成果加速落地转化。

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