Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khả Năng Mở Rộng và Tính Tương Tác của Một Khung Cụ Thể Đa Stencil
Tóm tắt
Khi sức mạnh tính toán của các kiến trúc hiệu suất cao hiện đại gia tăng, sự đa dạng và phức tạp của chúng cũng trở nên quan trọng hơn. Một trong những thách thức lớn đối với đạt được quy mô exascale là phát triển các mô hình lập trình giúp nhiều nhà khoa học có thể tiếp cận với tính toán hiệu suất cao (HPC) chứ không chỉ riêng một số chuyên gia HPC. Một giải pháp có liên quan để đơn giản hóa lập trình song song cho các nhà khoa học là ngôn ngữ cụ thể miền (DSL). Tuy nhiên, một vấn đề cần tránh với các DSL là tích hợp lại các mã nguồn và thư viện hiện có thay vì triển khai từng giải pháp từ đầu. Ví dụ, hiện tượng này xảy ra đối với các mô phỏng số dựa trên stencil, cho đó đã có rất nhiều ngôn ngữ được đề xuất mà không có sự tái sử dụng mã giữa chúng. Khung Đa Stencil (MSF) được trình bày trong bài viết này kết hợp một DSL mới với các mô hình lập trình dựa trên thành phần để cải thiện việc tái sử dụng mã và phân tách các mối quan tâm trong trường hợp cụ thể của các stencil. MSF có thể dễ dàng lựa chọn một kỹ thuật song song hóa hoặc khác, một tối ưu hóa nào đó hoặc khác, cũng như một triển khai back-end nào đó hoặc khác. Nghiên cứu cho thấy MSF có thể đạt được hiệu suất tương đương như một bản triển khai MPI không dựa trên thành phần trên 16,384 lõi. Cuối cùng, mô hình hiệu suất của khung cho song song hóa lai được xác thực thông qua các đánh giá.
Từ khóa
#ngôn ngữ cụ thể miền #lập trình song song #khung đa stencil #hiệu suất tính toán #tái sử dụng mãTài liệu tham khảo
Allan, B.A., et al.: A component architecture for high-performance scientific computing. Int. J. High Perform. Comput. Appl. 20(2), 163–202 (2006)
Augonnet, C., Thibault, S., Namyst, R., Wacrenier, P.-A.: StarPU: a unified platform for task scheduling on heterogeneous multicore architectures. Concurr. Comput. Pract. Exp. 23(2), 187–198 (2011)
Baude, F., Caromel, D., Dalmasso, C., Danelutto, M., Getov, V., Henrio, L., Pérez, C.: Gcm: a grid extension to fractal for autonomous distributed components. Ann. Telecommun. 64(1–2), 5–24 (2009)
Bauer, M., Treichler, S., Slaughter, E., Aiken, A.: Legion: expressing locality and independence with logical regions. In: International Conference on High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis. IEEE (2012)
Bigot, J., Hou, Z., Prez, C., Pichon, V.: A low level component model easing performance portability of hpc applications. Computing 96(12), 1115–1130 (2014)
Bigot, J., Pérez, C.: Increasing Reuse in Component Models through Genericity. Research Report RR-6941 (2009)
Camier, J.-S.: Improving performance portability and exascale software productivity with the∇ numerical programming language. In: Proceedings of the 3rd International Conference on Exascale Applications and Software, EASC ’15, pp. 126–131. University of Edinburgh, Edinburgh (2015)
Christen, M., Schenk, O., Burkhart, H.: PATUS: a code generation and autotuning framework for parallel iterative stencil computations on modern microarchitectures. In: Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS), 2011 IEEE International, pp. 676–687. IEEE (2011)
Cordier, S., Coullon, H., Delestre, O., Laguerre, C., Le, M.H., Pierre, D., Sadaka, G.: Fullswof paral: comparison of two parallelization strategies (mpi and skelgis) on a software designed for hydrology applications. In: ESAIM: Proceedings, vol. 43, pp. 59–79. EDP Sciences (2013)
Coullon, H., Limet, S.: The SIPSim implicit parallelism model and the SkelGIS library. Pract. Exp. Concurr. Comput. 28, 2120–2144 (2015)
Coullon, H., Limet, S.: Algorithmic skeleton library for scientific simulations: Skelgis. In: International Conference on High Performance Computing and Simulation, HPCS 2013, Helsinki, Finland, July 1–5, 2013, pp. 429–436 (2013)
Coullon, H., Limet, S., Le Minh, H.: Parallelization of shallow-water equations with the algorithmic skeleton library SkelGIS. In: Elsevier (ed.) ICCS, volume 18 of Procedia Computer Science, pp. 591–600. Elsevier, Barcelone (2013)
Dagum, L., Menon, R.: Openmp: an industry standard api for shared-memory programming. IEEE Comput. Sci. Eng. 5(1), 46–55 (1998)
DeVito, Z., Joubert, N., Palacios, F., Oakley, S., Medina, M., Barrientos, M., Elsen, E., Ham, F. , Aiken, A., Duraisamy, K., Darve, E., Alonso, J., Hanrahan, P.: Liszt: a domain specific language for building portable mesh-based pde solvers. In: Proceedings of 2011 International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, SC ’11, pp. 9:1–9:12. ACM, New York (2011)
ETP4HPC. ETP4HPC Strategic Research Agenda Achieving HPC leadership in Europe. Technical report, ETP4HPC (2013)
Ferrari, S., Saleri, F.: A new two-dimensional shallow water model including pressure effects and slow varying bottom topography. M2AN Math. Model. Numer. Anal. 38(2), 211–234 (2004)
Gautier, T., Lima, J.V.F., Maillard, N., Raffin, B.: Xkaapi: a runtime system for data-flow task programming on heterogeneous architectures. In: Proceedings of the 2013 IEEE 27th International Symposium on Parallel and Distributed Processing, IPDPS ’13, pp. 1299–1308. IEEE Computer Society, Washington (2013)
Giles, M.B., Mudalige, G.R., Sharif, Z., Markall, G., Kelly, P.H.J.: Performance analysis of the OP2 framework on many-core architectures. SIGMETRICS Perform. Eval. Rev. 38(4), 9–15 (2011)
Kaiser, H., Heller, T., Adelstein-Lelbach, B., Serio, A., Fey, D.: Hpx: a task based programming model in a global address space. In: Proceedings of the 8th International Conference on Partitioned Global Address Space Programming Models, PGAS ’14, pp. 6:1–6:11. ACM, New York (2014)
Kambadur, P., Gupta, A., Ghoting, A., Avron, H., Lumsdaine, A.: Pfunc: modern task parallelism for modern high performance computing. In: Proceedings of the Conference on High Performance Computing Networking, Storage and Analysis, SC ’09, pp. 43:1–43:11. ACM, New York (2009)
Lachat, C., Pellegrini, F., Dobrzynski, C.: PaMPA: parallel mesh partitioning and adaptation. In: 21st International Conference on Domain Decomposition Methods (DD21), Rennes, France. INRIA Rennes-Bretagne-Atlantique (2012)
Lanore, V. Pérez, C.: A reconfigurable component model for hpc. In: Proceedings of the 18th International ACM SIGSOFT Symposium on Component-Based Software Engineering, CBSE ’15, pp. 1–10. ACM, New York (2015)
Nieplocha, J., Palmer, B., Tipparaju, V., Krishnan, M., Trease, H., Aprà, E.: Advances, applications and performance of the global arrays shared memory programming toolkit. Int. J. High Perform. Comput. Appl. 20(2), 203–231 (2006)
Object Management Group. Corba component model 4.0 specification. Specification Version 4.0, Object Management Group (2006)
Pellegrini, F., Roman, J.: Scotch: a software package for static mapping by dual recursive bipartitioning of process and architecture graphs. In: Proceedings of the International Conference and Exhibition on High-Performance Computing and Networking, HPCN Europe 1996, pp. 493–498. Springer, London (1996)
Ragan-Kelley, J., Barnes, C., Adams, A., Paris, S., Durand, F., Amarasinghe, S.: Halide: a language and compiler for optimizing parallelism, locality, and recomputation in image processing pipelines. In: Proceedings of the 34th ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation, PLDI ’13, pp. 519–530. ACM, New York (2013)
Richard, J., Lanore, V., Pérez, C.: Towards application variability handling with component models: 3d-fft use case study. In Proceedings of the 8th Workshop on UnConventional High Performance Computing (UCHPC), Vienna, Austria (To appear) (2015)
Schmitt, C., Kuckuk, S., Hannig, F., Köstler, H., Teich, J.: Exaslang: a domain-specific language for highly scalable multigrid solvers. In: Proceedings of the Fourth International Workshop on Domain-Specific Languages and High-Level Frameworks for High Performance Computing, WOLFHPC ’14, pp. 42–51. IEEE Press, Piscataway (2014)
Szyperski, C.: Component Software: Beyond Object-Oriented Programming, 2nd edn. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc, Boston (2002)
Tang, Y., Chowdhury, R.A., Kuszmaul, B.C., Luk, C.-K., Leiserson, C.E.: The pochoir stencil compiler. In: Fortnow L., Vadhan S.P. (eds.) SPAA, pp. 117–128. ACM (2011)
Valdes, J., Tarjan, R.E., Lawler, E.L.: The recognition of series parallel digraphs. In: Proceedings of the Eleventh Annual ACM Symposium on Theory of Computing, STOC ’79, pp. 1–12. ACM, New York (1979)