基本信息
- 项目名称：
- 基于PC机群的Matlab分布式并行计算平台
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品针对高性能计算机功耗高、成本高，高性能计算环境并行软件开发难度高，高性能计算资源的获取较为困难等问题，设计并实现一种基于PC机群的跨操作系统的Matlab分布式并行计算平台，平台使用普通的PC机构建一个高性能分布式并行计算系统，为用户提供并行程序编辑和运行功能。以降低高性能计算环境功耗、减小搭建和使用成本、降低用户接入难度、降低用户开发和使用难度，使网络计算资源得到合理整合利用。
- 详细介绍：
- 高性能计算是衡量国家科技竞争力和综合国力的重要标志。世界各国在该领域展开了激烈的竞争，高性能计算机功耗高、成本高，高性能计算环境并行软件开发难度高，高性能计算资源的获取较为困难等问题得到广泛关注。本作品针对以上问题，设计并实现一种基于PC机群的跨操作系统的Matlab分布式并行计算平台，旨在降低高性能计算环境功耗、减小搭建和使用成本、降低用户接入难度、降低用户开发和使用难度方面做出一些有益的尝试。经实际使用测试，平台具有构建方便、易于扩展，功耗低、成本低，跨操作系统，计算资源较易获取，具有丰富的库函数，并行程序设计难度低等特点。 该Matlab分布式并行计算平台投入使用后可在多个方面显示出其区别于传统高性能计算平台的特殊优势，平台适用于拥有计算机组网机群，需要高性能计算资源进行算法仿真、大规模计算的单位。特别是没有专用高性能计算集群的高校、研究所等科研单位和高科技企业的研发团队。该Matlab分布式并行计算平台作为一个通用编程计算平台，将是算法验证以及处理大规模计算的重要工具，产生巨大的经济效益。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计、发明的目的： 本作品针对高性能计算机功耗高、成本高，计算资源较难获取，并行软件开发难度高等问题，设计并实现一种基于PC机群的跨操作系统的Matlab分布式并行计算平台，旨在降低高性能计算环境功耗、减小搭建和使用成本、降低用户接入难度、降低用户并行应用的开发难度，使网络的计算资源得到合理整合使用。 基本思路： 作品基本思路如下： （1）将平台构建于普通PC机群之上，支持一键式接入使用。 （2）降低用户接入难度。平台使用QT开发，提供Windows和Linux版本的平台软件。 （3）降低用户使用难度。在Matlab语言基础上实现了MPI协议。 创新点： （1）MPI协议的C和Matlab联合实现。 （2）消息传递的防误拷贝、防死锁机制。 （3）平台底层通信的并发和校验机制。 技术关键： （1）使用C和Matlab联合实现MPI协议。 （2）跨Windows和Linux操作系统的功能实现。 （3）消息传递的防误拷贝、防死锁机制。 （4）平台底层通信使用并发和校验机制。 （5）服务节点和运算节点的自动化处理。 主要技术指标： （1）服务节点和运算节点的自动化处理。 （2）最多支持253名用户同时在线使用。 （3）支持Windows和Linux两种操作系统。 （4）支持一键式接入使用。 （5）提供方便的MPI协议的Matlab接口。 （6）支持2个等级的用户任务优先级别。
科学性、先进性
- 相对于同类产品MathWorks公司PCT工具包复杂的配置过程，MatlabMPI和pMatlab对第三方SSH或RSH的依赖性，该基于PC机群的Matlab分布式并行计算平台对并行环境构建和用户并行开发提供了一个整体的解决方案，在多个方面显示出其区别于传统高性能计算平台和现有Matlab并行计算产品的特殊优势。 该平台构建于普通PC机群之上，支持一键式接入使用,平台支持B类地址段规模的计算域网，服务节点和运算节点能够自动化处理。有利于充分使用网络闲散计算资源。 在高性能计算资源的获取上，支持Windows和Linux两种操作系统，最多支持253名用户同时在线使用。用户较易获取计算资源。 在高性能计算环境上，该Matlab分布式并行计算平台实现了QT框架下的应用程序调用Matlab，提供方便的MPI协议的Matlab接口，设计和使用了消息传递的防误拷贝、防死锁机制、平台底层通信使用分层协议封装、并发和校验机制。降低了用户开发和使用难度。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实际应用阶段
技术转让方式
- 版权保留，有偿转让
作品可展示的形式
- 磁盘、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点与优势： 该Matlab分布式并行计算平台投入使用后可在多个方面显示出其区别于传统高性能计算平台的特殊优势，具有构建方便、易于扩展，功耗低、成本低，跨操作系统，计算资源较易获取，有丰富的库函数，并行程序开发难度低等特点。 市场前景分析： 平台适用于拥有计算机组网机群，需要高性能计算资源进行算法仿真、大规模计算的单位。特别是没有专用高性能计算集群的高校、研究所等科研单位和高科技企业的研发团队。本平台已在院内的多个课题组进行了试用，国内多个知名高校院所的研究团队也对此平台表示出了浓厚的兴趣和密切的关注，希望能够在本平台基础上对课题研究中涉及到的高性能计算有较好的解决。 该Matlab分布式并行计算平台作为一个通用编程计算平台，可以广泛用于需要高性能计算的领域，包括气象分析、密码分析、核物理、生物医学工程等。相信在可预期的未来，该平台将是算法验证以及处理大规模计算的重要工具，产生巨大的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前主要的Matlab分布式、并行计算包中，MathWorks公司开发了两个：MATLAB Distributed Computing Server和Parallel Computing Toolbox。这两个包的优点是能够在所有Matlab支持的平台上运行，与Matlab本身具有很好的兼容性，但并行包需要购买Matlab公司的License。 MIT Lincoln Laboratory开发有两个：MatlabMPI和pMatlab。MatlabMPI主要是在Matlab环境中实现了MPI并行计算协议，而且也是支持所有Matlab能够运行的平台，由于实现了将MPI协议封装起来，因此对于用户来说，就可以方便的在此基础上编写基于MPI协议的并行计算程序，定制性比较强，可以按照用户自己的需求编写并行程序。pMatlab是MIT Lincoln Laboratory开发的另外一个Matlab环境下的并行计算包，基于MatlabMPI实现。但这两个包的底层通信依赖于SSH或RSH。 除此之外，Technical University of Denmark的Ulrik Kjems开发了一个在Unix上运行的Matlab并行计算包：PLab。 通过对国内外主要的同类产品与本系统研制的主要功能特点比较，本系统具备Matlab并行计算功能的同时，总体来讲具有如下特点： 1) 平台构建方便，易于扩展，构架的并行计算平台功耗低、成本低。 2) 跨操作系统，并行程序开发难度低，具有丰富的库函数。 3) 软件大众版免费，计算资源较易获取。
