Tools for improving performance portability in heterogeneous environments

Resumen

Actualmente la computación paralela se encuentra dominada parcialmente por los múltiples dispositivos heterogéneos disponibles. Estos dispositivos difieren entre sí en características tales como el conjunto de instrucciones que ejecutan, el número y tipo de unidades de computación que incluyen o la estructura de sus sistemas de memoria. Durante los últimos años han aparecido lenguajes, librerías y extensiones que permiten escribir una única vez la versión paralela de un código y ejecutarla en un amplio abanico de dispositivos, siendo de entre todos ellos OpenCL la solución más extendida. Sin embargo, la portabilidad funcional no implica portabilidad de rendimiento. Así, uno de los grandes problemas que sigue abierto en este campo es la automatización de la portabilidad de rendimiento, es decir, la capacidad de adaptar automáticamente un código dado para su ejecución en cualquier dispositivo y obtener un buen rendimiento. Esta tesis aborda este problema planteando tres soluciones diferentes al mismo. Las tres se basan en la aplicación de optimizaciones de código a código usadas habitualmente en dispositivos heterogéneos. Tanto el conjunto de optimizaciones a aplicar como la forma de aplicarlas dependen de varios parámetros de optimización, cuyos valores han de ser ajustados para cada dispositivo concreto. La primera solución planteada es OCLoptirnizer, un optimizador de código a código que a partir de kernels OpenCL anotados y ficheros de configuración como apoyo, obtiene versiones optimizada de dichos kernels para un dispositivo concreto. Además, cuando el kernel a optimizar es único, automatiza la generación de un código de host funcional para ese kernel. Las otras dos soluciones han sido implementadas utilizando Heterogeneous Prograrnming LibranJ (HPL), una librería C++ que permite programar sistemas heterogéneos de forma fácil y portable. La primera de estas soluciones explota las capacidades de generación de código en tiempo de ejecución de HPL para generar versiones de un producto de matrices que se adaptan automáticamente en tiempo de ejecución a las características de un dispositivo concreto. La última solución consiste en el desarrollo e incorporación a HPL de un optimizador al vuelo, de fonna que se puedan obtener en tiempo de ejecución versiones optimizadas de un código HPL para un dispositivo dado. Mientras las dos primeras soluciones usan procesos de búsqueda para encontrar los mejores valores para los parámetros de optimización, esta última altemativa se basa para ello en heurísticas definidas a partir de recomendaciones generales de optimización.