A Novel Set of Directives for Multi-device Programming with OpenMP

This work was supported by MEEP project, which has received funding from the European High-Performance Computing Joint Undertaking (JU) under grant agreement No 946002. The JU receives support from theEuropean Union’s Horizon 2020 research and innovation programme and Spain, Croatia, Turkey.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Paralelização de laços doacross usando anotações de componentes e probabilidade de Loop-Carried

Orientadores: Guido Costa Souza de Araújo, Márcio Machado PereiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: A paralelização de laços é usada para se obter melhor desempenho em algoritmos intensivos, entretando, não são todos os laços que podem ser facilmente paralelizados. Os laços chamados de DOACROSS possuem dependências entre iterações, i.e. uma iteração calcula um dado que é usado por outra iteração futura. Este tipo de dependência é chamada de loop-carried e não pode ser paralelizada trivialmente porque a ordem de execução das iterações deve ser respeitada. Algumas técnicas podem ser usadas para paralelizar este tipo de laço, porém o programador deve entender como funciona o algoritmo e deve escolher quais instruções podem ser executadas em paralelo e quais instruções devem ser executadas sequencialmente. Estas componentes sequenciais e paralelas precisam ser separadas manualmente pelo programador e a comunicação entre as componentes deve ser incluída, a fim de respeitar as dependências entre componentes e as dependências entre iterações. Implementar essas técnicas é um trabalho laborioso que requer uma certa experiência do programador para separar as componentes e encontrar as dependências para implementar a comunicação entre as componentes/threads. Esta comunicação pode ser feita através de filas ou buffers, dependendo do algoritmo de paralelização escolhido. Uma das técnicas de paralelização é o algoritmo mais tradicional, chamado de DOACROSS que foi implementado no OpenMP 4.5 através da cláusula depend da diretiva ordered. Este pragma deve ser usado dentro da região de um laço paralelo do OpenMP a fim de separar as componentes que devem ser sequenciais. A comunicação e a sincronização são implementadas automaticamente utilizando a biblioteca de runtime do OpenMP. Este método remove do programador o trabalho de programação, entretando, ainda é necessário delimitar explicitamente as componentes sequenciais. Outro algoritmo de paralelização estudado foi o Batched DoAcross (BDX). Este algoritmo pode ser usado para reduzir o overhead da comunicação entre componentes, entretanto, a implementação deve ser feita manualmente pelo programador e requer que o programador separe as componentes sequenciais e paralelas, crie barreiras de sincronização para as componentes sequenciais, crie buffers para a comunicação entre componentes e crie variáveis compartilhadas para a comunicação entre as threads (dependências entre iterações). Nos experimentos, foi percebido que a escolha do algoritmo de paralelização depende de alguns fatores, i.e. a estrutura do algoritmo, a proporção das dependências entre iterações, o número de iterações do laço e o tamanho do laço. Foi criada então uma nova cláusula para o OpenMP que, quando usada juntamente com a diretiva ordered, consegue separar as componentes sequenciais e paralelas e implementar essas técnicas de forma automática. Esta cláusula, chamada de use, deve receber um parâmetro que especifica qual técnica o programador quer utilizar para paralelizar o laçoAbstract: Loop parallelization can be used to achieve better performance on intensive algorithms, however, not all loops can be easily parallelized. The called 'DOACROSS' loops have dependences between different iterations, i.e. some iteration computes a data which is used in a later iteration. This kind of dependence is called loop-carried dependence and cannot be simply parallelized because iterations execution order must be respected. Some techniques can be used to parallelize this kind of loop, however, the programmer must understand how the algorithm works and choose which instructions can be executed in parallel and which instructions need to be serialized. These serial and parallel components need to be manually separated by programmer and communication between components must be included to respect dependences inside loop body and between threads to respect loop-carried dependences. Implementing these techniques is a laborious work that requires a certain expertise from programmer to separate loop components and find dependences to implement communication between components/threads. This communication can be done by using a queue or a buffer, depending on the algorithm used to parallelize. One of these parallelization techniques is the traditional DOACROSS, which was implemented by using depend clause for the ordered directive in OpenMP 4.5. This OpenMP construct is used within OpenMP loop region to separate serial and parallel components, then, communication and synchronization are automatically implemented by OpenMP Runtime. This method removes most of the programming work from the programmer, however still requires to explicitly delimit serial region. Another studied parallelization technique is the Batched DoAcross (BDX). This algorithm can be used to reduce the communication overhead of synchronization between components, however, the implementation must be done manually by programmer, which requires for the programmer to separate serial and parallel components, create barriers to synchronization in serial components, create buffers for communication between components and create the shared variables for communication between threads (loop-carried dependences). In our experiments, we noticed that some factors must be taken for the choice of parallelization technique, i.e. algorithm structure, loop-carried ratio, number of loop iterations and loop size. We created a new OpenMP clause that, used together with the ordered directive, can separate these components and implement these techniques automatically. This clause, is called use, receive a parameter for specifying which parallelization technique the programmer want to be implementedMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computaçã

Dynamic and Dual Streaming Methods for H.264 Video and Parallel Performance Modeling

Traditional approaches to streaming H.264 video over a network typically rely on a single method of transport (i.e., reliable or unreliable) and/or use static values for parameters that can have a significant negative impact on the perceptual quality of the received video. This dissertation presents a dynamic method for wireless channel selection during video streaming, and explores the latency and QoE improvements yielded by the FDSP dual streaming method. The increased workload that results from these dynamic methods can lead to a counterproductive impairment of streaming performance, and therefore requires efficient use of the multiple cores typically present in both sender and receiver (or server and client). This dissertation therefore presents a performance cost model which can be used to guide the parallelization of specific types of client or server-side streaming components -- specifically, programs containing non-DOALL loops that have inter-iteration data dependences which constrain their parallelism