A scalable architecture for ordered parallelism

We present Swarm, a novel architecture that exploits ordered irregular parallelism, which is abundant but hard to mine with current software and hardware techniques. In this architecture, programs consist of short tasks with programmer-specified timestamps. Swarm executes tasks speculatively and out of order, and efficiently speculates thousands of tasks ahead of the earliest active task to uncover ordered parallelism. Swarm builds on prior TLS and HTM schemes, and contributes several new techniques that allow it to scale to large core counts and speculation windows, including a new execution model, speculation-aware hardware task management, selective aborts, and scalable ordered commits. We evaluate Swarm on graph analytics, simulation, and database benchmarks. At 64 cores, Swarm achieves 51--122× speedups over a single-core system, and out-performs software-only parallel algorithms by 3--18×.National Science Foundation (U.S.) (Award CAREER-145299

A Survey on Thread-Level Speculation Techniques

Producción CientíficaThread-Level Speculation (TLS) is a promising technique that allows the parallel execution of sequential code without relying on a prior, compile-time-dependence analysis. In this work, we introduce the technique, present a taxonomy of TLS solutions, and summarize and put into perspective the most relevant advances in this field.MICINN (Spain) and ERDF program of the European Union: HomProg-HetSys project (TIN2014-58876-P), CAPAP-H5 network (TIN2014-53522-REDT), and COST Program Action IC1305: Network for Sustainable Ultrascale Computing (NESUS)

A data dependency recovery system for a heterogeneous multicore processor

Multicore processors often increase the performance of applications. However, with their deeper pipelining, they have proven increasingly difficult to improve. In an attempt to deliver enhanced performance at lower power requirements, semiconductor microprocessor manufacturers have progressively utilised chip-multicore processors. Existing research has utilised a very common technique known as thread-level speculation. This technique attempts to compute results before the actual result is known. However, thread-level speculation impacts operation latency, circuit timing, confounds data cache behaviour and code generation in the compiler. We describe an software framework codenamed Lyuba that handles low-level data hazards and automatically recovers the application from data hazards without programmer and speculation intervention for an asymmetric chip-multicore processor. The problem of determining correct execution of multiple threads when data hazards occur on conventional symmetrical chip-multicore processors is a significant and on-going challenge. However, there has been very little focus on the use of asymmetrical (heterogeneous) processors with applications that have complex data dependencies. The purpose of this thesis is to: (i) define the development of a software framework for an asymmetric (heterogeneous) chip-multicore processor; (ii) present an optimal software control of hardware for distributed processing and recovery from violations;(iii) provides performance results of five applications using three datasets. Applications with a small dataset showed an improvement of 17% and a larger dataset showed an improvement of 16% giving overall 11% improvement in performance

Design and evaluation of a Thread-Level Speculation runtime library

En los próximos años es más que probable que máquinas con cientos o incluso miles de procesadores sean algo habitual. Para aprovechar estas máquinas, y debido a la dificultad de programar de forma paralela, sería deseable disponer de sistemas de compilación o ejecución que extraigan todo el paralelismo posible de las aplicaciones existentes. Así en los últimos tiempos se han propuesto multitud de técnicas paralelas. Sin embargo, la mayoría de ellas se centran en códigos simples, es decir, sin dependencias entre sus instrucciones. La paralelización especulativa surge como una solución para estos códigos complejos, posibilitando la ejecución de cualquier tipo de códigos, con o sin dependencias. Esta técnica asume de forma optimista que la ejecución paralela de cualquier tipo de código no de lugar a errores y, por lo tanto, necesitan de un mecanismo que detecte cualquier tipo de colisión. Para ello, constan de un monitor responsable que comprueba constantemente que la ejecución no sea errónea, asegurando que los resultados obtenidos de forma paralela sean similares a los de cualquier ejecución secuencial. En caso de que la ejecución fuese errónea los threads se detendrían y reiniciarían su ejecución para asegurar que la ejecución sigue la semántica secuencial. Nuestra contribución en este campo incluye (1) una nueva librería de ejecución especulativa fácil de utilizar; (2) nuevas propuestas que permiten reducir de forma significativa el número de accesos requeridos en las peraciones especulativas, así como consejos para reducir la memoria a utilizar; (3) propuestas para mejorar los métodos de scheduling centradas en la gestión dinámica de los bloques de iteraciones utilizados en las ejecuciones especulativas; (4) una solución híbrida que utiliza memoria transaccional para implementar las secciones críticas de una librería de paralelización especulativa; y (5) un análisis de las técnicas especulativas en uno de los dispositivos más vanguardistas del momento, los coprocesadores Intel Xeon Phi. Como hemos podido comprobar, la paralelización especulativa es un campo de investigación activo. Nuestros resultados demuestran que esta técnica permite obtener mejoras de rendimiento en un gran número de aplicaciones. Así, esperamos que este trabajo contribuya a facilitar el uso de soluciones especulativas en compiladores comerciales y/o modelos de programación paralela de memoria compartida.Departamento de Informática (Arquitectura y Tecnología de Computadores, Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial, Lenguajes y Sistemas Informáticos