HPVM 2.0, מהדר עבור CPU, GPU, FPGA ומאיצי חומרה פורסם

פרויקט LLVM הציג את שחרורו של מהדר HPVM 2.0 (Heterogeneous Parallel Virtual Machine), שמטרתו לפשט את התכנות עבור מערכות הטרוגניות ולספק כלים להפקת קוד עבור CPUs, GPUs, FPGAs ומאיצי חומרה ספציפיים לתחום. קוד הפרויקט מופץ תחת רישיון Apache 2.0.

תכנות עבור מערכות מקבילות הטרוגניות מסובך בשל הימצאות במערכת אחת של רכיבים המשתמשים במודלים שונים להשגת מקביליות (ליבות CPU, הוראות וקטוריות, GPUs וכו'), קבוצות שונות של הוראות והיררכיות זיכרון שונות. כל מערכת משתמשת בשילוב משלה של רכיבים אלה. הרעיון המרכזי של פרויקט HPVM הוא להשתמש בהרכבת ייצוג מאוחד של תוכניות מקבילות שיכולות לשמש עבור סוגים שונים של חומרה התומכת במחשוב מקבילי, כולל GPUs, הוראות וקטוריות, מעבדים מרובי ליבות, FPGAs ומגוון מיוחדים. שבבי מאיץ.

בניגוד למערכות אחרות, HPVM ניסתה לשלב שלוש אפשרויות לארגון מחשוב הטרוגני - ייצוג ביניים (IR), ארכיטקטורת ערכת הוראות וירטואלית (V-ISA), ותזמון זמן ריצה, ללא תלות בשפת התכנות ובציוד:

• ייצוג ביניים HPVM מרחיב את ייצוג הביניים של הוראות LLVM על ידי שימוש בגרף זרימת נתונים היררכי כדי ללכוד מקביליות ברמת המשימות, הנתונים והצינורות החישוביים. ייצוג הביניים של HPVM כולל גם הוראות וקטוריות וזיכרון משותף. המטרה העיקרית של שימוש בייצוג ביניים היא יצירת קוד יעיל ואופטימיזציה עבור מערכות הטרוגניות.
• ארכיטקטורת ערכת הוראות וירטואלית (V-ISA) מפשטת חומרה ברמה נמוכה ומאחדת צורות שונות של מקביליות וארכיטקטורות זיכרון תוך שימוש רק במודל המקביליות הבסיסי, גרף זרימת הנתונים. V-ISA מאפשר להשיג ניידות בין סוגים שונים של חומרה למחשוב מקביל ומאפשרת לא לאבד ביצועים בעת שימוש באלמנטים שונים של מערכות הטרוגניות. ניתן להשתמש ב-Virtual ISA גם כדי לספק קוד הפעלה גנרי של תוכניות שיכול לרוץ על CPUs, GPUs, FPGAs ומאיצים שונים.
• מדיניות תזמון גמישה של תהליכי מחשוב מיושמות בזמן ריצה ומיושמות הן על בסיס מידע על התוכנית (מבנה הגרף) והן על ידי הידור צמתי תוכנית בודדים לביצוע בכל אחד מהתקני מחשוב היעד הזמינים במערכת.

מחוללי הקוד שפותחו על ידי הפרויקט מסוגלים לתרגם צמתי יישומים שהוגדרו באמצעות ISA וירטואלי לביצוע באמצעות NVIDIA GPUs (cuDNN ו-OpenCL), הוראות וקטור אינטל AVX, FPGAs ומעבדי x86 מרובי ליבות. יצוין כי ביצועי התוצאות של מתרגמי HPVM דומים לקוד OpenCL שנכתב באופן ידני עבור GPUs והתקני מחשוב וקטוריים.

החידושים העיקריים של HPVM 2.0:

• מוצע חזית השפה Hetero-C++, אשר מפשטת את ההקבלה של קוד יישום C/C++ להידור ב-HPVM. Hetero-C++ מגדיר הרחבות עבור מקביליות ברמת הנתונים ומשימות היררכיות הממופות לגרפי חוט של HPVM.
• FPGA backend נוסף כדי לתמוך בביצוע קוד ב-Intel FPGA. כדי לארגן את הביצוע, נעשה שימוש ב-Intel FPGA SDK עבור OpenCL.
• נוספה מסגרת ה-DSE (Design Space Exploration), הכוללת אופטימיזציות מהדר ומנגנוני זיהוי צווארי בקבוק לכוונון אוטומטי של יישומים עבור פלטפורמת חומרה נתונה. המסגרת מכילה מודל ביצועים מוכן עבור FPGA מבית אינטל ומאפשרת לך לחבר מעבדים משלך לצורך אופטימיזציה עבור כל מכשיר שנתמך על ידי HPVM. ניתן להחיל אופטימיזציות הן ברמת גרף זרימת הנתונים של HPVM והן ברמת LLVM.
• רכיבי LLVM עודכנו לגרסה 13.0.
• הקוד אורגן מחדש כדי להקל על הניווט בין בסיס הקוד, הספריות וכלי השירות.
• תשתית הבדיקות שופרה, נוספו בדיקות חדשות לרכיבי HPVM שונים.

מקור: OpenNet.ru