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科学计算性能剖析与瓶颈定位

共计 30 章节
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01
课程导入与性能剖析全景
科学计算性能剖析的目标 · 核心概念（如吞吐量 · 延迟
课程导入性能剖析全景
02
科学计算负载特征分析
典型科学计算负载（稠密线性代数 · 稀疏迭代 · FFT
科学计算负载特征…典型科学计算负载
03
性能度量与基准测试设计
如何定义和采集关键性能指标（FLOP… · 内存带宽 · 缓存命中率
性能度量基准测试设计
04
剖析工具基础与数据采集
常用剖析工具（如 perf · VTune · gprof
剖析工具基础数据采集
05
时间线与调用图分析
利用时间线视图和调用图识别热点函数 · 调用路径与负载不均衡 · 结合火焰图进行可视化定位
时间线调用图分析
06
硬件性能计数器与底层事件分析
理解 CPU 性能监控单元（PMU）… · 指令 · 缓存未命中
硬件性能计数器底层事件分析
07
内存层次与缓存瓶颈定位
分析缓存未命中 · TLB 缺失 · 预取效率
内存层次缓存瓶颈定位
08
内存带宽与NUMA效应剖析
测量内存带宽利用率 · 识别 NUMA 远程访问与带宽饱和瓶… · 使用 numactl
NUMA内存带宽
09
向量化与指令级并行剖析
检查编译器向量化报告 · 使用汇编分析或工具（如 VTune…
向量化指令级并行剖析
10
线程级并行与负载均衡剖析
针对 OpenMP 或 pthrea… · 分析线程开销 · 同步等待
线程级并行负载均衡剖析
11
MPI并行性能剖析与通信瓶颈定位
使用 MPI 性能工具（如 mpiP · Scalasca · TAU）分析点对点与集合通信开销
MPI并行性能剖析
12
GPU加速代码性能剖析
使用 Nsight Systems… · 内存传输 · 占用率与 warp 效率
GPU加速代码性能剖析
13
I/O与存储瓶颈剖析
针对科学计算中的大规模 I/O（如… · MPI-IO） · 使用 Darshan
I/O存储瓶颈剖析
14
性能建模与瓶颈预测
基于 Roofline 模型 · 机器平衡分析等方法 · 建立性能上界
性能建模瓶颈预测
15
编译器优化与剖析指导的调优
利用剖析反馈（PGO）和编译器优化报… · 内联与向量化决策
编译器优化剖析指导的调优
16
实战
稠密矩阵乘法性能剖析与瓶颈定位 · 使用 perf 和 VTune 剖析… · 向量化与并行效率
稠密矩阵乘法性能…瓶颈定位
17
实战
稀疏矩阵向量乘（SpMV）性能剖析 · 使用硬件计数器定位间接访存与缓存瓶颈
SpMV稀疏矩阵向量乘
18
实战
快速傅里叶变换（FFT）性能剖析 · 向量化与多线程扩展性 · 定位关键瓶颈
FFT快速傅里叶变换
19
实战
蒙特卡洛模拟性能剖析：分析随机数生成 · 分支预测与向量化机会 · 使用剖析工具定位热点与并行效率问题
蒙特卡洛模拟性能…分析随机数生成
20
实战
共轭梯度法求解器性能剖析 · 剖析迭代过程中的通信 · 同步与内存带宽瓶颈
共轭梯度法求解器…剖析迭代过程
21
实战
MPI 集合通信性能剖析与优化 · 广播等操作 · 使用 Scalasca 等工具定位通…
MPI集合通信性能剖析
22
实战
GPU 上的模板计算性能剖析 · 全局内存访问模式与占用率 · 定位并优化瓶颈
GPU上的模板计算性能…
23
实战
大规模数据处理流水线 I/O 剖析 · 使用 Darshan 分析访问模式并…
I/O大规模数据处理流…
24
性能剖析数据的管理与可视化
使用 Paraver · Vampir 等工具进行追踪数据可视… · 以及多实验数据的管理与对比分析
性能剖析数据的管…可视化
25
自动化剖析与瓶颈检测
介绍自动性能分析框架（如 APEX · PATUS）和机器学习辅助的瓶颈识别…
自动化剖析瓶颈检测
26
云与异构环境下的性能剖析
在云平台和异构架构（CPU+GPU+…
异构环境下的性能…CPU+GPU+
27
性能剖析中的统计方法与误差控制
采样偏差 · 测量开销 · 重复性验证与统计显著性分析
性能剖析统计方法
28
从瓶颈定位到优化决策
根据剖析结果制定优化策略（算法 · 数据结构 · 并行化
从瓶颈定位到优化…根据剖析结果制定…
29
综合案例
大规模科学应用端到端性能剖析 · 完成从负载特征分析到瓶颈定位的全流程
综合案例大规模科学应用端…
30
课程总结与性能剖析最佳实践
回顾核心方法与工具 · 总结瓶颈定位的常见模式与反模式 · 建立持续性能剖析的文化
课程总结性能剖析最佳实践