随着未来计算机微处理器朝着众核处理器方向的发展,以及大规模机群的不断出现,基于异构平台的混合并行编程在今后的大规模并行应用中必将成为主流。在多核体系上,传统的并行编程技术并不能高效地适用,针对多核集群的特殊体系结构,研究相应的编程模型和并行编程技术使其具有更高的性能,具有普遍的研究意义。此外,对超算用户而言,不同架构之间的程序移植带来的编程工作量是巨大的,直接影响了工作效率。通过神威·太湖之光超级计算机的应用优化表明,程序移植工作中编码方式具有较大的模板特性,可以通过概括出一个格式化的模板,然后通过代码转换技术自动生成基础代码。本文针对不同架构下的混合并行编程模型和应用做了如下工作和创新:1.详细研究了基于申威异构众核处理器的采用Athread方式的众核编程,提出一些优化方法和研发一些接口函数,比如使用结构体传参、静态局存变量和从核分区并行等,添加从核间通信接口函数和主从异步混合并行接口函数。经过试验验证,采用上述的优化方法和接口函数对于提高程序性能和易用性有较大的帮助。2.为了解决国产神威环境下众核代码编写工作量大的问题,提高国产异构众核环境下的众核代码编程效率,设计实现了一个可以将核心段的串行代码自动转换为Athread代码的工具。本文基于主程序调用master程序,再由master程序调用slave程序的三层模板程序架构,采用Rust语言进行词法和语法分析,提出一种可以使源程序自动转换为Athread代码的方法。同时,添加一些有助有程序优化的接口函数,进一步提升程序性能和减轻程序移植的代码工作量,最终设计实现了适用于Fortran和C代码到申威众核处理器下Athread代码的转换工具原型系统。经过实验分析,采用该自动转换工具生成的Athread代码相较于人工编写的Open ACC*加速的程序有更高的加速比,特别是对多个核心段进行众核化加速时的加速比相差15%,证明该转换工具具有很好的实用性。该工具能够避免开发人员绝大多数的代码书写错误,极大地提高了开发人员的众核化工作效率。3.为提高采用混合并行编程模型的程序在山河超级计算平台上的执行效率,首先对山河超级计算平台常用的几种混合并行编程模型实现方式和相应的优化方法进行阐述,然后对节点使用的CPU架构进行分析,提出了几种适用于该平台的混合并行运行模式。以此平台为测试对象,采用不同的运行模式对计算密集型和通信密集型两种典型的基准测试程序进行千核和万核规模下的测试,并对其运行性能进行对比分析,结果显示在执行不规则访存的计算密集型程序时每个节点启用8个MPI进程、每个进程采用7个线程级并行所取得的性能最好,相较于单纯使用MPI执行时间降低约20%;在执行不规则访存的通信密集型程序时每个节点采用28进程、每个进程调用2个线程所取得性能会比其他组合方式更优,相较于单纯地使用MPI执行时间降低约10%。该混合并行运行模式对山河平台的用户使用能够提供有用的作业运行参考。