并行计算基础：表面-容积效应与通信优化

"这篇讲义主要探讨了并行计算的概念、结构、算法设计以及程序设计相关的主题，由国家高性能计算中心（合肥）提供。内容涵盖了并行计算机系统的基础，包括并行计算的定义、科学计算的需求，以及并行计算机系统的互连结构如静态、动态互联网络和标准网络。此外，还深入到并行计算机的结构模型，如SMP、MPP和Cluster系统，并介绍了并行计算性能评测的标准。" 在并行计算领域，"表面-容积效应"是一个关键概念，它指出通讯量与任务子集的表面成正比，而计算量则与任务子集的体积成正比。这意味着，当我们分解一个大任务为多个小任务进行并行处理时，小任务间的通信成本（即“表面”）会随着任务数量的增加而增加，而计算工作量（即“体积”）则随着任务数量的增加而减少。通过增加重复计算，可以在一定程度上减少通讯量，从而平衡并行计算中的通信与计算成本。 讲义详细讲解了并行计算的基础知识，包括并行计算机系统结构模型，如SMP（对称多处理器）、MPP（大规模并行处理）和Cluster（集群）架构。并行计算性能评测章节讨论了如何评估并行系统的效率和性能。 在算法设计方面，讲义涵盖了并行算法设计的基础、一般设计方法、基本设计技术以及设计过程。这些内容对于理解和创建高效的并行算法至关重要，因为并行算法的效率往往直接影响到并行计算系统的整体性能。 在并行数值算法部分，讲义涉及了基本通信操作、稠密矩阵运算、线性方程组求解和快速傅里叶变换等核心话题，这些都是科学计算中的常见问题，也是并行计算应用的重要场景。 最后，讲义详细阐述了并行程序设计，包括并行程序设计基础、编程模型（如共享存储和分布式存储系统编程），以及并行程序设计环境和工具，为实际编写并行代码提供了指导。 总体而言，这份讲义为学习者提供了一个全面的并行计算知识框架，涵盖了从硬件结构到软件设计的各个层面，对于想要深入理解并行计算原理和技术的人来说，是一份宝贵的参考资料。