前言
当前，仿真技术要求数值模拟达到高分辨、高逼真、全系统的规模和能力，导致仿真程序通常具有极大规模的数据量和计算量，对高性能计算的需求巨大。特别以SAR为代表的新一代成像雷达，高实时性更成为其关键的性能需求。SAR成像处理通常需要十亿至百亿次的运算速度，该运算能力需求已远远超过了目前单CPU所能达到的程度。在这种背景下，以SAR成像为代表的仿真技术与并行计算技术的结合变得自然而迫切，产生了高性能并行仿真技术。
目前，主流的并行计算平台形式多样，仿真程序特点也各不相同，如何采用并行计算平台加速仿真程序是值得深入研究的问题。本书以基于并行计算平台的高性能仿真技术为主题，从硬件和软件的角度，着重讨论了并行仿真程序开发过程中涉及的仿真程序的并发性、平台与程序的适用性、并行模式选择、并行优化方法、并行软件实现与性能评测等关键技术；并以典型的并行计算机——多核工作站机群为平台，以重要的信号处理应用——SAR成像处理程序为示例，详细阐明并评测了本书所研究的高性能并行仿真技术。
本书主要内容共分7章。
第1章系统介绍了高性能并行仿真技术的研究动机、研究内容和本书的研究重点，使读者不但能够了解雷达对抗信号级仿真的原理与方法，而且有利于掌握并行仿真所关注的核心技术。本章重点总结了SAR成像技术对高性能的迫切需求，分析了并行计算平台能够提供的性能优势，自上而下明确提出了SAR成像仿真程序适合采用的并行优化关键技术。
第2章剖析了雷达对抗信号级仿真的并发性。根据雷达对抗信号级仿真本身的特点，提出该应用具有信号级、任务级和数据级三种并发性，适合采用任务并行、数据并行和流水线并行三种并行方式。典型SAR成像算法的并发性分析进一步说明了，并发性研究是算法并行化的前提，能够充分发掘算法的可并行化潜力，指导选择正确的并行优化方向。
第3章研究了并行计算平台和高性能仿真程序之间的适用性。重点提炼出仿真程序特性集合、并行计算平台性能指标体系和并行优化目标要素集合。基于这三项研究，提出了确定程序适用性和平台适用性的方法。该研究是一种开拓性的研究思想。实例分析表明，研究成果能够根据给定程序准确高效地选择适合的并行计算平台，以及根据给定平台来设计面向平台性能的并行优化技术。
第4章研究了基于程序特性的并行模式选择技术。确定适合的并行模式是设计并行优化技术的基础。因此，本章重点研究了并行模式框架中的选择并行化区域、确定并行粒度、确定映射层次和确定控制模式四个关键部分。以典型SAR成像程序为例，根据程序特性确定了合适的并行模式，为并行优化技术的实施研发了易于优化的软件平台。
第5章研究了面向性能的普适性并行优化技术。当前主流并行计算机的性能瓶颈主要体现在访存和通信方面，因此，以典型SAR成像程序为代表，重点针对访存开销优化、通信开销优化和延迟隐藏三种关键技术进行了研究。该研究采用程序变换技术，能够优化存储局部性、提高网络带宽利用率，从而增强对计算单元的持续供数能力。
第6章设计开发了SAR成像并行软件系统，重点介绍了并行软件的设计策略和方法，具体内容包括两个方面。首先，详细介绍了软件实现的多个不同版本，以及多机版本所采用的四种关键并行策略；其次，全面给出了每个版本设计的UML类图、类功能描述表、相关算法的流程图和关键代码段。所实现的SAR成像并行软件为第7章的并行优化技术评测提供了良好的实验对象。
第7章介绍了SAR成像并行软件在多核工作站机群上的多项关键性能指标测试结果。这些指标具体包括：加速比、可扩展性、各功能代码段优化情况、CPU和内存使用率、网络带宽利用率和访存局部性等。其目的在于测试各种数据规模、不同计算复杂度和多种并行优化技术对程序运行时性能的影响。通过实验评测和性能分析，验证了所采用的并行优化技术的有效性，并且为开发其他并行程序时选择并行策略、配置硬件平台和设置软件参数提供了有力的参考依据。
本书是成像雷达并行仿真中关于并行优化与性能评测的一本专著，是作者多年理论研究成果和工作实践经验的总结。本书全面分析了高性能仿真程序的特点和并行计算平台的特征，探索适合开发不同体系结构性能优势的并行仿真优化技术，形成关于成像雷达并行仿真性能评测的系统理论和方法，能够为更多并行仿真应用的开发提供可借鉴的优化手段。本书介绍的并行优化技术和并行仿真程序具有高效性、普适性、可扩展等多种技术优势，为解决开发高性能仿真程序所需要的并行体系结构、并行优化算法、并行程序设计、并行性能评测等问题打下了基础，具有重要的理论意义和应用价值。本书内容是复杂大规模仿真研究的必然趋势，在基础科学研究和国家安全的尖端科技领域中起着不可替代的作用。本书取材先进、内容精炼、体系完整，理论联系实际，具有很强的实际应用背景，基本反映了近年来成像雷达并行仿真优化技术研究领域的新理论、新方法和新成果，国内未见同类书籍出版。
本书主要面向高性能仿真尤其是雷达信号并行仿真等领域研究工作的科技工作者和工程师。对于那些不具有较强并行计算背景的读者，本书也介绍了一些相关理论。本书也可作为高等院校并行计算、信号处理仿真、电子工程等专业的教师和研究生进行有关课题研究或课程学习时的参考书。本书附录的并行成像代码能够为并行仿真开发人员和并行优化设计人员提供有力的学习参考。
在本书的撰写出版过程中，得到了许多科技人员的大力支持与帮助，在此向他们表示深深的感谢并致以崇高的敬意。首先要感谢中国洛阳电子装备试验中心的领导们，他们对本书的撰写一直给予悉心的关心和指导，并提出了大量宝贵的意见。其次要感谢王华兵、敖富江、韩文彬、李晓燕、符淑琴，他们利用丰富的编程技术与技巧进行了书中大量示例的实践测试，并且直接参与了本书部分内容的编写与修订工作。再次要感谢63880部队研究所和博士后科研工作站的同事们，特别感谢马孝尊、张德峰、刘世军、曾勇虎、戚宗峰、蒙洁、狄东宁、李林、赵艳丽、柏仲干、聂纯、陈瑛、朱利晶、陈冬冬、郭金良、韩国强等，他们对本书的研究和撰写给予了热情的帮助并提出了宝贵的建议。还要感谢家人的支持，使本书的撰写无后顾之忧。特别感谢多名同志撰写的论文和专著，我们从中得到了很大的启发和借鉴，参考的各类文稿都尽量列到参考文献之中，但还有遗忘或遗漏，在这里也一并感谢那些无名英雄。感谢评审人员对本书提出的许多充满智慧且实用的批注，这对本书的结构、内容和质量都有着重要的影响。最后，本书得到了电子工业出版社的大力支持，在此一并表示感谢。
由于本书涉及内容领域较新，有些问题还有待进一步深入研究，加之作者学识有限，书中错误和短见之处，恳请读者不吝批评指正。
汪连栋 杜静
电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室
2012年4月15日