形象地比喻并行计算

stishovite

这个帖子发到这个板块不一定合适，请社长定夺迁移。

大家好，我是计算新手，对很多概念不熟悉，经过一段时间的学习和自己的理解，有感而发，对计算的一些事情做了比喻，如下：

计算=吃饭
计算类型=吃不同的饭（米饭、面条、饺子等，下面以米饭为例）

几个物理核算=几个人吃
单个物理核的计算速度=每个人咀嚼的速度
CPU缓存=每个人一次能放入口中的食物量

每个核心占用的内存=每个碗的容量
计算总内存占用=碗的数量*碗的容量

一个离子步（优化一步）=吃一口米
一个电子步（SCF迭代一轮）=咀嚼一次
优化收敛条件=把饭吃得多干净
SCF收敛条件=把米嚼多碎

至于计算受力、预测新构型之类的，则相当于“吞咽”。

完成计算=吃完所有的饭

双路CPU计算=两个队伍的人吃饭
Intel MPI，OpenMPI，MPICH等软件，制定并实施吃饭的策略，例如，几个人吃，几个人吃一碗，吃饭顺序等。


对于CP2K而言，
popt=被限定为一个人同时吃一碗（NUM_OMP_THEADS=1）
psmp=可以定义几个人同时吃一碗 （取决于NUM_OMP_THEADS=几）


注意：
1、提高计算速度（吃饭速度），需要增加核数（吃饭人数）和主频（咀嚼速度）；
2、每个物理核占用的内存（每个碗的容量）和计算类型（吃什么饭）有关；
3、增加核数（吃饭人数）以后，如果每个核（每个人）分配一个计算任务（只能吃一碗饭），内存占用（人数*碗容量）就比较大；
4、为了节省内存占用（碗数*碗的容量），可以让多个物理核（多个人）同时处理一个任务（同时吃一碗饭）；
5、总计算速度并不总是和物理核心数呈正比，因为同时吃饭的人多了以后，由于之间相互协调的时间也增加了。

实际的并行计算还有许多复杂的细节，需要在实践中不断深入学习，请大家拍砖指正和补充完善，帮助新手尽快建立对并行计算的直观理解。

LittlePupil

在其它因素相同的情况下，收敛条件决定了收敛步数，但你这里“嚼多碎”与“嚼几口（粒）”并无直接关系，比拟不类，不妨这样说：
一个离子步（优化一步）=吃一口米
一个电子步（SCF迭代一轮）=咀嚼一次
优化收敛条件=把饭吃得多干净
SCF收敛条件=把米嚼多碎
至于计算受力、预测新构型之类的，则相当于“吞咽”。

吃饭顺序并非由MPI所决定，而是由队列系统决定的。
另外，关于“几个人同时吃一碗”，你这里出现了两种相互矛盾的说法，第二种更贴切一些。

stishovite

LittlePupil 发表于 2024-5-24 23:21
在其它因素相同的情况下，收敛条件决定了收敛步数，但你这里“嚼多碎”与“嚼几口（粒）”并无直接关系，比 ...

谢谢您的补充指正，我已在帖子中修改。