Speculative Vectorization for Superscalar Processors

Traditional vector architectures have been shown to be very effective in executing regular codes in which the compiler can detect data-level parallelism, i.e. repeating the same computation over different elements in the same code-level data structure.A skilled programmer can easily create efficient vector code from regular applications. Unfortunately, this vectorization can be difficult if applications are not regular or if the programmer does not have an exact knowledge of the underlying architecture. The compiler has a partial knowledge of the program (i.e. it has a limited knowledge of the values of the variables). Because of this, it generates code that is safe for any possible scenario according to its knowledge, and thus, it may lose significant opportunities to exploit SIMD parallelism. In addition to this, we have the problem of legacy codes that have been compiled for former versions of the ISA with no SIMD extensions, which are therefore not able to exploit new SIMD extensions incorporated into newer ISA versions.In this dissertation, we will describe a mechanism that is able to detect and exploit DLP at runtime by speculatively creating vector instructions for prefetching and precomputing data for future instances of their scalar counterparts. This process will be called Speculative Dynamic Vectorization.A more in-depth study of this technique reveals a very positive characteristic: the mechanism can easily be tailored to alleviate the main drawbacks of current superscalar processors, particularly branch mispredictions and the memory gap. In this dissertation, we will describe how to rearrange the basic Speculative Dynamic Vectorization mechanism to alleviate the branch misprediction penalty based on reusing control-flow independent instructions. The memory gap problem will be addressed with a set of mechanisms that exploit the stall cycles due to L2 misses in order to virtually enlarge the instruction window.Finally, more refinements of the basic Speculative Dynamic Vectorization mechanism will be presented to improve its performance at a reasonable cost.Los procesadores vectoriales han demostrado ser muy eficientes ejecutando códigos regulares en los que el compilador ha detectado Paralelismo a Nivel de Datos. Este paralelismo consiste en repetir los mismos cálculos en diferentes elementos de la misma estructura de alto nivel.Un programador avanzado puede crear código vectorial eficiente para aplicaciones regulares. Por desgracia, esta vectorización puede llegar a ser compleja en aplicaciones regulares o si el programador no tiene suficiente conocimiento de la arquitectura sobre la que se va a ejecutar la aplicación.El compilador tiene un conocimiento parcial del programa. Debido a esto, genera código que se puede ejecutar sin problemas en cualquier escenario según su conocimiento y, por tanto, puede perder oportunidades de explotar el paralelismo SIMD (Single Instruction Multiple Data). Además, existe el problema de los códigos de legado que han sido compilados con versiones anteriores del juego de instrucciones que no disponían de instrucciones SIMD lo cual hace que no se pueda explotar las extensiones SIMD de las nuevas versiones de los juegos de instrucciones.En esta tesis se presentará un mecanismo capaz de detectar y explotar, en tiempo de ejecución, el paralelismo a nivel de datos mediante la creación especulativa de instrucciones vectoriales que prebusquen y precomputen valores para futuras instancias de instrucciones escalares. Este proceso se llamará Vectorización Dinámica Especulativa.Un estudio más profundo de esta técnica conducirá a una conclusión muy importante: este mecanismo puede ser fácilmente modificado para aliviar algunos de los problemas más importantes de los procesadores superescalares. Estos problemas son: los fallos de predicción de saltos y el gap entre procesador y memoria. En esta tesis describiremos como modificar el mecanismo básico de Vectorización Dinámica Especulativa para reducir la penalización de rendimiento producida por los fallos de predicción de saltos mediante el reuso de datos de instrucciones independientes de control. Además, se presentará un conjunto de técnicas que explotan los ciclos de bloqueo del procesador debidos a un fallo en la cache de segundo nivel mediante un agrandamiento virtual de la ventana de instrucciones. Esto reducirá la penalización del problema del gap entre procesador y memoria.Finalmente, se presentarán refinamientos del mecanismo básico de Vectorización Dinámica Especulativa enfocados a mejorar el rendimiento de éste a un bajo coste

Low-cost and efficient fault detection and diagnosis schemes for modern cores

Continuous improvements in transistor scaling together with microarchitectural advances have made possible the widespread adoption of high-performance processors across all market segments. However, the growing reliability threats induced by technology scaling and by the complexity of designs are challenging the production of cheap yet robust systems. Soft error trends are haunting, especially for combinational logic, and parity and ECC codes are therefore becoming insufficient as combinational logic turns into the dominant source of soft errors. Furthermore, experts are warning about the need to also address intermittent and permanent faults during processor runtime, as increasing temperatures and device variations will accelerate inherent aging phenomena. These challenges specially threaten the commodity segments, which impose requirements that existing fault tolerance mechanisms cannot offer. Current techniques based on redundant execution were devised in a time when high penalties were assumed for the sake of high reliability levels. Novel light-weight techniques are therefore needed to enable fault protection in the mass market segments. The complexity of designs is making post-silicon validation extremely expensive. Validation costs exceed design costs, and the number of discovered bugs is growing, both during validation and once products hit the market. Fault localization and diagnosis are the biggest bottlenecks, magnified by huge detection latencies, limited internal observability, and costly server farms to generate test outputs. This thesis explores two directions to address some of the critical challenges introduced by unreliable technologies and by the limitations of current validation approaches. We first explore mechanisms for comprehensively detecting multiple sources of failures in modern processors during their lifetime (including transient, intermittent, permanent and also design bugs). Our solutions embrace a paradigm where fault tolerance is built based on exploiting high-level microarchitectural invariants that are reusable across designs, rather than relying on re-execution or ad-hoc block-level protection. To do so, we decompose the basic functionalities of processors into high-level tasks and propose three novel runtime verification solutions that combined enable global error detection: a computation/register dataflow checker, a memory dataflow checker, and a control flow checker. The techniques use the concept of end-to-end signatures and allow designers to adjust the fault coverage to their needs, by trading-off area, power and performance. Our fault injection studies reveal that our methods provide high coverage levels while causing significantly lower performance, power and area costs than existing techniques. Then, this thesis extends the applicability of the proposed error detection schemes to the validation phases. We present a fault localization and diagnosis solution for the memory dataflow by combining our error detection mechanism, a new low-cost logging mechanism and a diagnosis program. Selected internal activity is continuously traced and kept in a memory-resident log whose capacity can be expanded to suite validation needs. The solution can catch undiscovered bugs, reducing the dependence on simulation farms that compute golden outputs. Upon error detection, the diagnosis algorithm analyzes the log to automatically locate the bug, and also to determine its root cause. Our evaluations show that very high localization coverage and diagnosis accuracy can be obtained at very low performance and area costs. The net result is a simplification of current debugging practices, which are extremely manual, time consuming and cumbersome. Altogether, the integrated solutions proposed in this thesis capacitate the industry to deliver more reliable and correct processors as technology evolves into more complex designs and more vulnerable transistors.El continuo escalado de los transistores junto con los avances microarquitectónicos han posibilitado la presencia de potentes procesadores en todos los segmentos de mercado. Sin embargo, varios problemas de fiabilidad están desafiando la producción de sistemas robustos. Las predicciones de "soft errors" son inquietantes, especialmente para la lógica combinacional: soluciones como ECC o paridad se están volviendo insuficientes a medida que dicha lógica se convierte en la fuente predominante de soft errors. Además, los expertos están alertando acerca de la necesidad de detectar otras fuentes de fallos (causantes de errores permanentes e intermitentes) durante el tiempo de vida de los procesadores. Los segmentos "commodity" son los más vulnerables, ya que imponen unos requisitos que las técnicas actuales de fiabilidad no ofrecen. Estas soluciones (generalmente basadas en re-ejecución) fueron ideadas en un tiempo en el que con tal de alcanzar altos nivel de fiabilidad se asumían grandes costes. Son por tanto necesarias nuevas técnicas que permitan la protección contra fallos en los segmentos más populares. La complejidad de los diseños está encareciendo la validación "post-silicon". Su coste excede el de diseño, y el número de errores descubiertos está aumentando durante la validación y ya en manos de los clientes. La localización y el diagnóstico de errores son los mayores problemas, empeorados por las altas latencias en la manifestación de errores, por la poca observabilidad interna y por el coste de generar las señales esperadas. Esta tesis explora dos direcciones para tratar algunos de los retos causados por la creciente vulnerabilidad hardware y por las limitaciones de los enfoques de validación. Primero exploramos mecanismos para detectar múltiples fuentes de fallos durante el tiempo de vida de los procesadores (errores transitorios, intermitentes, permanentes y de diseño). Nuestras soluciones son de un paradigma donde la fiabilidad se construye explotando invariantes microarquitectónicos genéricos, en lugar de basarse en re-ejecución o en protección ad-hoc. Para ello descomponemos las funcionalidades básicas de un procesador y proponemos tres soluciones de `runtime verification' que combinadas permiten una detección de errores a nivel global. Estas tres soluciones son: un verificador de flujo de datos de registro y de computación, un verificador de flujo de datos de memoria y un verificador de flujo de control. Nuestras técnicas usan el concepto de firmas y permiten a los diseñadores ajustar los niveles de protección a sus necesidades, mediante compensaciones en área, consumo energético y rendimiento. Nuestros estudios de inyección de errores revelan que los métodos propuestos obtienen altos niveles de protección, a la vez que causan menos costes que las soluciones existentes. A continuación, esta tesis explora la aplicabilidad de estos esquemas a las fases de validación. Proponemos una solución de localización y diagnóstico de errores para el flujo de datos de memoria que combina nuestro mecanismo de detección de errores, junto con un mecanismo de logging de bajo coste y un programa de diagnóstico. Cierta actividad interna es continuamente registrada en una zona de memoria cuya capacidad puede ser expandida para satisfacer las necesidades de validación. La solución permite descubrir bugs, reduciendo la necesidad de calcular los resultados esperados. Al detectar un error, el algoritmo de diagnóstico analiza el registro para automáticamente localizar el bug y determinar su causa. Nuestros estudios muestran un alto grado de localización y de precisión de diagnóstico a un coste muy bajo de rendimiento y área. El resultado es una simplificación de las prácticas actuales de depuración, que son enormemente manuales, incómodas y largas. En conjunto, las soluciones de esta tesis capacitan a la industria a producir procesadores más fiables, a medida que la tecnología evoluciona hacia diseños más complejos y más vulnerables

Towards multiprogrammed GPUs

Programmable Graphics Processing Units (GPUs) have recently become the most pervasitheve massively parallel processors. They have come a long way, from fixed function ASICs designed to accelerate graphics tasks to a programmable architecture that can also execute general-purpose computations. Because of their performance and efficiency, an increasing amount of software is relying on them to accelerate data parallel and computationally intensive sections of code. They have earned a place in many systems, from low power mobile devices to the biggest data centers in the world. However, GPUs are still plagued by the fact that they essentially have no multiprogramming support, resulting in low system performance if the GPU is shared among multiple programs. In this dissertation we set to provide the rich GPU multiprogramming support by improving the multitasking capabilities and increasing the virtual memory functionality and performance. The main issue hindering the multitasking support in GPUs is the nonpreemptive execution of GPU kernels. Here we propose two preemption mechanisms with dierent design philosophies, that can be used by a scheduler to preempt execution on GPU cores and make room for some other process. We also argue for the spatial sharing of the GPU and propose a concrete hardware scheduler implementation that dynamically partitions the GPU cores among running kernels, according to their set priorities. Opposing the assumptions made in the related work, we demonstrate that preemptive execution is feasible and the desired approach to GPU multitasking. We further show improved system fairness and responsiveness with our scheduling policy. We also pinpoint that at the core of the insufficient virtual memory support lies the exceptions handling mechanism used by modern GPUs. Currently, GPUs offload the actual exception handling work to the CPU, while the faulting instruction is stalled in the GPU core. This stall-on-fault model prevents some of the virtual memory features and optimizations and is especially harmful in multiprogrammed environments because it prevents context switching the GPU unless all the in-flight faults are resolved. In this disseritation, we propose three GPU core organizations with varying performance-complexity trade-off that get rid of the stall-on-fault execution and enable preemptible exceptions on the GPU (i.e., the faulting instruction can be squashed and restarted later). Building on this support, we implement two use cases and demonstrate their utility. One is a scheme that performs context switch of the faulted threads and tries to find some other useful work to do in the meantime, hiding the latency of the fault and improving the system performance. The other enables the fault handling code to run locally, on the GPU, instead of relying on the CPU offloading and show that the local fault handling can also improve performance.Las Unidades de Procesamiento de Gráficos Programables (GPU, por sus siglas en inglés) se han convertido recientemente en los procesadores masivamente paralelos más difundidos. Han recorrido un largo camino desde ASICs de función fija diseñados para acelerar tareas gráficas, hasta una arquitectura programable que también puede ejecutar cálculos de propósito general. Debido a su rendimiento y eficiencia, una cantidad creciente de software se basa en ellas para acelerar las secciones de código computacionalmente intensivas que disponen de paralelismo de datos. Se han ganado un lugar en muchos sistemas, desde dispositivos móviles de baja potencia hasta los centros de datos más grandes del mundo. Sin embargo, las GPUs siguen plagadas por el hecho de que esencialmente no tienen soporte de multiprogramación, lo que resulta en un bajo rendimiento del sistema si la GPU se comparte entre múltiples programas. En esta disertación nos centramos en proporcionar soporte de multiprogramación para GPUs mediante la mejora de las capacidades de multitarea y del soporte de memoria virtual. El principal problema que dificulta el soporte multitarea en las GPUs es la ejecución no apropiativa de los núcleos de la GPU. Proponemos dos mecanismos de apropiación con diferentes filosofías de diseño, que pueden ser utilizados por un planificador para apropiarse de los núcleos de la GPU y asignarlos a otros procesos. También abogamos por la división espacial de la GPU y proponemos una implementación concreta de un planificador hardware que divide dinámicamente los núcleos de la GPU entre los kernels en ejecución, de acuerdo con sus prioridades establecidas. Oponiéndose a las suposiciones hechas por otros en trabajos relacionados, demostramos que la ejecución apropiativa es factible y el enfoque deseado para la multitarea en GPUs. Además, mostramos una mayor equidad y capacidad de respuesta del sistema con nuestra política de asignación de núcleos de la GPU. También señalamos que la causa principal del insuficiente soporte de la memoria virtual en las GPUs es el mecanismo de manejo de excepciones utilizado por las GPUs modernas. En la actualidad, las GPUs descargan el manejo de las excepciones a la CPU, mientras que la instrucción que causo la fallada se encuentra esperando en el núcleo de la GPU. Este modelo de bloqueo en fallada impide algunas de las funciones y optimizaciones de la memoria virtual y es especialmente perjudicial en entornos multiprogramados porque evita el cambio de contexto de la GPU a menos que se resuelvan todas las fallas pendientes. En esta disertación, proponemos tres implementaciones del pipeline de los núcleos de la GPU que ofrecen distintos balances de rendimiento-complejidad y permiten la apropiación del núcleo aunque haya excepciones pendientes (es decir, la instrucción que produjo la fallada puede ser reiniciada más tarde). Basándonos en esta nueva funcionalidad, implementamos dos casos de uso para demostrar su utilidad. El primero es un planificador que asigna el núcleo a otros subprocesos cuando hay una fallada para tratar de hacer trabajo útil mientras esta se resuelve, ocultando así la latencia de la fallada y mejorando el rendimiento del sistema. El segundo permite que el código de manejo de las falladas se ejecute localmente en la GPU, en lugar de descargar el manejo a la CPU, mostrando que el manejo local de falladas también puede mejorar el rendimiento.Postprint (published version

Broad-based side-channel defenses for modern microprocessors

Private or confidential information is used in a wide variety of applications, not just including implementations of cryptographic algorithms but also including machine-learning libraries, databases, and parsers. However, even after using techniques such as encryption, authentication, and isolation, it is difficult to maintain the privacy or confidentiality of such information due to so-called side channels, with which attackers can infer sensitive information by monitoring program execution. Various side channels exist such as execution time, power consumption, exceptions, or micro-architectural components such as caches and branch predictors, and such side channels have been used to steal intellectual property, financial information, and sensitive document contents. Although numerous solutions exist for closing side channels, they are point solutions, since each solution closes an isolated set of side channels. In this dissertation, we present three compiler-based solutions---Raccoon, Escort, and Vantage---for closing digital side channels (such as the cache, address trace, and branch predictor side channels) that carry information over discrete bits, and for mitigating the a non-digital side channel, specifically, the power side channel. Additionally, our compilers are customizable, since they permit the defense to be tailored to the threat model, to the program, and to the microarchitecture. More broadly, our solutions augment the compiler with information about the lower layers of the computing stack, so that the compiler is aware of potential side channels and so that the compiler can rewrite programs to avoid leaking information through those side channels. In doing so, our solutions define new abstractions that enable the compiler to reason about the program's impact on timing, power consumption, and other similar side channels. Through such abstractions, our compilers detect and prevent a broad set of digital and non-digital leakage on modern microarchitectures.Computer Science

Performance and power optimizations in chip multiprocessors for throughput-aware computation

The so-called "power (or power density) wall" has caused core frequency (and single-thread performance) to slow down, giving rise to the era of multi-core/multi-thread processors. For example, the IBM POWER4 processor, released in 2001, incorporated two single-thread cores into the same chip. In 2010, IBM released the POWER7 processor with eight 4-thread cores in the same chip, for a total capacity of 32 execution contexts. The ever increasing number of cores and threads gives rise to new opportunities and challenges for software and hardware architects. At software level, applications can benefit from the abundant number of execution contexts to boost throughput. But this challenges programmers to create highly-parallel applications and operating systems capable of scheduling them correctly. At hardware level, the increasing core and thread count puts pressure on the memory interface, because memory bandwidth grows at a slower pace ---phenomenon known as the "bandwidth (or memory) wall". In addition to memory bandwidth issues, chip power consumption rises due to manufacturers' difficulty to lower operating voltages sufficiently every processor generation. This thesis presents innovations to improve bandwidth and power consumption in chip multiprocessors (CMPs) for throughput-aware computation: a bandwidth-optimized last-level cache (LLC), a bandwidth-optimized vector register file, and a power/performance-aware thread placement heuristic. In contrast to state-of-the-art LLC designs, our organization avoids data replication and, hence, does not require keeping data coherent. Instead, the address space is statically distributed all over the LLC (in a fine-grained interleaving fashion). The absence of data replication increases the cache effective capacity, which results in better hit rates and higher bandwidth compared to a coherent LLC. We use double buffering to hide the extra access latency due to the lack of data replication. The proposed vector register file is composed of thousands of registers and organized as an aggregation of banks. We leverage such organization to attach small special-function "local computation elements" (LCEs) to each bank. This approach ---referred to as the "processor-in-regfile" (PIR) strategy--- overcomes the limited number of register file ports. Because each LCE is a SIMD computation element and all of them can proceed concurrently, the PIR strategy constitutes a highly-parallel super-wide-SIMD device (ideal for throughput-aware computation). Finally, we present a heuristic to reduce chip power consumption by dynamically placing software (application) threads across hardware (physical) threads. The heuristic gathers chip-level power and performance information at runtime to infer characteristics of the applications being executed. For example, if an application's threads share data, the heuristic may decide to place them in fewer cores to favor inter-thread data sharing and communication. In such case, the number of active cores decreases, which is a good opportunity to switch off the unused cores to save power. It is increasingly harder to find bulletproof (micro-)architectural solutions for the bandwidth and power scalability limitations in CMPs. Consequently, we think that architects should attack those problems from different flanks simultaneously, with complementary innovations. This thesis contributes with a battery of solutions to alleviate those problems in the context of throughput-aware computation: 1) proposing a bandwidth-optimized LLC; 2) proposing a bandwidth-optimized register file organization; and 3) proposing a simple technique to improve power-performance efficiency.El excesivo consumo de potencia de los procesadores actuales ha desacelerado el incremento en la frecuencia operativa de los mismos para dar lugar a la era de los procesadores con múltiples núcleos y múltiples hilos de ejecución. Por ejemplo, el procesador POWER7 de IBM, lanzado al mercado en 2010, incorpora ocho núcleos en el mismo chip, con cuatro hilos de ejecución por núcleo. Esto da lugar a nuevas oportunidades y desafíos para los arquitectos de software y hardware. A nivel de software, las aplicaciones pueden beneficiarse del abundante número de núcleos e hilos de ejecución para aumentar el rendimiento. Pero esto obliga a los programadores a crear aplicaciones altamente paralelas y sistemas operativos capaces de planificar correctamente la ejecución de las mismas. A nivel de hardware, el creciente número de núcleos e hilos de ejecución ejerce presión sobre la interfaz de memoria, ya que el ancho de banda de memoria crece a un ritmo más lento. Además de los problemas de ancho de banda de memoria, el consumo de energía del chip se eleva debido a la dificultad de los fabricantes para reducir suficientemente los voltajes de operación entre generaciones de procesadores. Esta tesis presenta innovaciones para mejorar el ancho de banda y consumo de energía en procesadores multinúcleo en el ámbito de la computación orientada a rendimiento ("throughput-aware computation"): una memoria caché de último nivel ("last-level cache" o LLC) optimizada para ancho de banda, un banco de registros vectorial optimizado para ancho de banda, y una heurística para planificar la ejecución de aplicaciones paralelas orientada a mejorar la eficiencia del consumo de potencia y desempeño. En contraste con los diseños de LLC de última generación, nuestra organización evita la duplicación de datos y, por tanto, no requiere de técnicas de coherencia. El espacio de direcciones de memoria se distribuye estáticamente en la LLC con un entrelazado de grano fino. La ausencia de replicación de datos aumenta la capacidad efectiva de la memoria caché, lo que se traduce en mejores tasas de acierto y mayor ancho de banda en comparación con una LLC coherente. Utilizamos la técnica de "doble buffering" para ocultar la latencia adicional necesaria para acceder a datos remotos. El banco de registros vectorial propuesto se compone de miles de registros y se organiza como una agregación de bancos. Incorporamos a cada banco una pequeña unidad de cómputo de propósito especial ("local computation element" o LCE). Este enfoque ---que llamamos "computación en banco de registros"--- permite superar el número limitado de puertos en el banco de registros. Debido a que cada LCE es una unidad de cómputo con soporte SIMD ("single instruction, multiple data") y todas ellas pueden proceder de forma concurrente, la estrategia de "computación en banco de registros" constituye un dispositivo SIMD altamente paralelo. Por último, presentamos una heurística para planificar la ejecución de aplicaciones paralelas orientada a reducir el consumo de energía del chip, colocando dinámicamente los hilos de ejecución a nivel de software entre los hilos de ejecución a nivel de hardware. La heurística obtiene, en tiempo de ejecución, información de consumo de potencia y desempeño del chip para inferir las características de las aplicaciones. Por ejemplo, si los hilos de ejecución a nivel de software comparten datos significativamente, la heurística puede decidir colocarlos en un menor número de núcleos para favorecer el intercambio de datos entre ellos. En tal caso, los núcleos no utilizados se pueden apagar para ahorrar energía. Cada vez es más difícil encontrar soluciones de arquitectura "a prueba de balas" para resolver las limitaciones de escalabilidad de los procesadores actuales. En consecuencia, creemos que los arquitectos deben atacar dichos problemas desde diferentes flancos simultáneamente, con innovaciones complementarias

Architectural Implications of Automatic Parallelization With HELIX-RC

As classic Dennard process scaling fades into the past, power density concerns have driven modern CPU designs to de-emphasize the pursuit of single-thread performance, focusing instead on increasing the number of cores in a chip. Computing throughput on a modern chip continues to improve, since multiple programs can run in parallel, but the performance of single programs improves only incrementally. Many compilers have been designed to automatically parallelize sequentially written programs by leveraging multiple cores for the same task, thereby enabling continued single-thread performance gains. One such compiler is HELIX, which can increase the performance of a mixture of SPECfp and SPECint benchmarks by 2X on a 6-core Nehalem CPU. Previous approaches to automatically parallelize irregular programs have focused on removing apparent dependences through thread-level speculation, which limits the type of code that can be targeted. In contrast, this dissertation increases the amount of code that can be parallelized by addressing the specific communication demands of that code. The dissertation proposes a special purpose extension of the cache hierarchy, called ring cache, to greatly reduce the perceived communication latency between cores running an automatically parallelized program. This co-design of ring cache and the HELIX compiler, called HELIX-RC, increases the speedup of 10 SPEC benchmarks running on 16 simulated in-order cores from an average of 2X to an average of over 8X. Speedups are slightly reduced to 7X on out-of-order cores, which extract instruction-level parallelism on their own. A fully synthesized Verilog implementation of ring cache is evaluated and is shown to consume less than 25mW of power with an area of less than 0.275 square millimeters. This dissertation includes a study comparing single program per core multiprogramming and HELIX-RC. Counterintuitively, some HELIX-RC parallelized benchmarks not only surpass simple multiprogramming in terms of single program performance, but can also beat multiprogramming in terms of total multicore throughput by reducing the effective per-core working set of a program. With communication bottlenecks removed by ring cache, automatic parallelization with HELIX-RC restores a decade of lost single-thread performance improvements.Engineering and Applied Sciences - Engineering Science