面向異構眾核系統的統一編程框架研究

《面向異構眾核系統的統一編程框架研究》是依託西安交通大學，由董小社擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向異構眾核系統的統一編程框架研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董小社
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

針對異構眾核系統面臨的編程難、程式移植難、系統資源得不到充分利用的挑戰，本項目圍繞異構眾核系統編程模型展開研究，探索降低異構眾核系統編程難度、充分發揮其計算能力、提高其通用性的編程模型相關理論及關鍵技術。項目以協處理器為中心抽象多樣化發展態勢的異構眾核系統邏輯架構；研究面向計算單元的多任務流多數據流編程模型及並行描述語言；研究高層並行代碼到跨平台中間代碼的編譯轉換；研究中間代碼到具體異構眾核系統底層硬體映射機制。從而構建一個向上為用戶提供禁止底層實現細節，簡單高效跨平台的異構眾核系統並行編程環境，向下能適應異構系統底層硬體架構變化，提供高效映射運行機制的統一編程框架，提高異構眾核系統可程式性、軟體可移植性、充分發揮異構眾核系統高效計算潛能。本課題的研究將對高性能計算機系統結構的基礎理論，對促進異構計算的廣泛套用，以及《國家中長期科學和技術發展規劃》提出的先進計算平台建設具有重要意義。

結題摘要

本項目針對異構眾核系統面臨的編程難、程式移植難、系統資源得不到充分利用的挑戰，圍繞異構眾核系統編程模型展開研究，探索降低異構眾核系統編程難度、充分發揮其計算能力、提高其通用性的編程模型相關理論及關鍵技術。本項目主要研究內容有：（1）以協處理器為中心的異構眾核系統邏輯架構抽象；（2）面向計算核心的新型多任務流多數據流編程模型及相應的並行描述語言；（3）將高層並行代碼轉化成通用中間代碼的編譯轉化技術；（4）高層多任務流多數據流向底層硬體計算單元的高效映射技術。 針對以上四個研究內容，項目組通過對異構系統和異構眾核處理器架構特徵的研究，提出了以協處理器為中心面向大規模計算單元的統一架構抽象UAHM；在統一架構抽象的基礎上，通過對上層套用特徵的抽象研究設計了運行時無關的數據關聯計算編程模型NoT，並設計實現了C語言兼容的數據關聯計算描述語言Ruler，提供了用戶友好、易學易用、運行時無關的高層統一併行編程接口；通過研究以OpenCL為中間語言的源到源編譯技術，設計實現了高層語言Ruler到OpenCL的源到源編譯器NoT-to-Ocl；通過整合執行緒映射機制、基於時間戳的數據管理機制等運行時映射執行最佳化技術，形成了面向異構眾核系統的統一併行編程架構UPPA，實現高層編程向底層硬體架構的高效映射。通過在集成有GPU、MIC等異構處理器的不同異構平台上的對比測試，在多個測試用例下執行性能與人工編寫且經過最佳化的測試用例代碼相當，驗證了統一編程框架原型系統的有效性和跨平台可移植性。