Intel多核-眾核平臺(tái)上OpenACC的源到源翻譯器.pdf

1、由于具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得通用CPU和加速器組成的異構(gòu)系統(tǒng)能夠更有效的處理通用計(jì)算任務(wù)。典型的加速器有NVIDIA GPU、AMD GPU、Intel XeonPhi協(xié)處理器，它們對(duì)應(yīng)的編程模型分別為CUDA、OpenCL和Xeon Phi制導(dǎo)語(yǔ)句。而這些原生的編程模型存在著一些技術(shù)局限性:一是CUDA、OpenCL等低級(jí)語(yǔ)言編程復(fù)雜，優(yōu)化困難。二是由于加速器和CPU的計(jì)算模型存在很大的差異性，移植原程序到加速器上對(duì)程序員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)十

2、分艱巨的任務(wù)。三是用針對(duì)特定硬件平臺(tái)的語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的程序，硬件升級(jí)時(shí)軟件也要升級(jí)，而頻繁的軟件升級(jí)將給用戶帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)。四是投資方難以選擇，各種加速器都有自己的編程語(yǔ)言，并且彼此之間不兼容，這給用戶選擇硬件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言帶來(lái)了困擾。OpenACC標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)添加編譯制導(dǎo)語(yǔ)句指示編譯器將相關(guān)的代碼段或循環(huán)卸載到加速器上執(zhí)行，可以克服上文提到的四個(gè)技術(shù)局限性。
　　本文面向Intel Xeon Phi平臺(tái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了源到源翻譯工具OpenAC

3、C_JX，能夠?qū)в蠴penACC制導(dǎo)語(yǔ)句的C語(yǔ)言程序自動(dòng)翻譯成優(yōu)化的Intel Offioad代碼，從而實(shí)現(xiàn)了Intel Xeon Phi協(xié)處理器對(duì)OpenAACC的支持，并大大提高了Xeon Phi協(xié)處理器在并行計(jì)算方面的編程效率。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果包括:(1)設(shè)計(jì)了OpenACC到Xeon Phi平臺(tái)上并行程序的自動(dòng)翻譯工具，該翻譯工具基于LLVM編譯框架下的Clang編譯器實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)擴(kuò)展了Clang的預(yù)處理器、語(yǔ)法分析器和

4、語(yǔ)義分析器來(lái)識(shí)別OpenACC制導(dǎo)語(yǔ)句以及利用它的重寫(xiě)機(jī)制實(shí)現(xiàn)代碼的轉(zhuǎn)換，并基于LibTooling庫(kù)將翻譯工作封裝成為工具。本文的翻譯工具實(shí)現(xiàn)了在Xeon Phi平臺(tái)上支持OpenACC，并提高了Xeon Phi編程效率。(2)實(shí)現(xiàn)了OpenACC制導(dǎo)語(yǔ)句到Offload制導(dǎo)語(yǔ)句的自動(dòng)映射。根據(jù)OpenACC制導(dǎo)語(yǔ)句的分類將映射關(guān)系分為任務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理、并行性管理三部分的映射。(3)為了保證翻譯后的Offload代碼的性能，在原有設(shè)

5、計(jì)的源到源翻譯系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了兩種優(yōu)化技術(shù)，分別為數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化和向量化優(yōu)化。其中采取數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化策略是因?yàn)閷?duì)于很多應(yīng)用，處理器之間的通信是并行程序執(zhí)行時(shí)重要的時(shí)間開(kāi)銷來(lái)源，降低數(shù)據(jù)傳輸操作帶來(lái)的開(kāi)銷對(duì)于提高程序整體性能有著重要作用;采取向量化優(yōu)化策略是為了能夠利用Xeon Phi的向量處理單元進(jìn)行批量計(jì)算，從而提高計(jì)算速度。
　　本文采用NPB測(cè)試集對(duì)OpenACC_JX翻譯工具進(jìn)行了性能評(píng)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，OpenACC_JX翻譯工