Latenzzeitverbergung in datenparallelen Sprachen = [Latency Hiding in Dataparallel Languages]

Das ungünstige Verhältnis von Kommunikations- zu Rechenleistung fast aller Parallelrechner, das sich in Kommunikationslatenzzeiten von mehreren hundert bis tausend Prozessortaktzyklen manifestiert, verhindert in vielen Fällen die effziente Ausführung von kommunikationsintensiven feingranularen datenparallelen Programmen. Zur Lösung dieses Problems untersucht diese Arbeit Techniken zur Latenzzeitverbergung, die durch Vorladeoperationen die Kommunikationszeit des Netzwerkes verdecken. Der vorgeschlagene Ansatz VSCAP (Software Controlled Access Pipelining with Vector commands) erweitert bestehende Techniken um Vektorbefehle und kann die anfallenden Latenzzeiten für eine große Anzahl von Anwendungen fast vollständig verbergen. Meine Beiträge sind: - Modellierung von VSCAP, einer Erweiterung von SCAP mit Vektorbefehlen. - Entwurf von Konzepten, mit denen Kommunikationsaufträge in datenparallelen Programmen in Datenfließbänder des VSCAP-Verfahrens überführt werden können. - Implementierung dieser Konzepte und Integration in den Prototypübersetzer Kar-HPFn. Die Leistungen von VSCAP bei der Latenzzeitverbergung wurden durch Modellierung und Laufzeittests von 25 Programmen, darunter 3 kompletten Anwendungen, untersucht. Die Ergebnisse sind: - Nachweis der praktischen Einsetzbarkeit von VSCAP (und damit als Spezialfall auch SCAP) auf einem realen Rechner. - Berechnung des Grades der Latenzzeitverbergung von VSCAP und Bestätigung der Modellierung durch automatisch generierte Programme. - Bestätigung der Beschleunigung von VSCAP gegenüber SCAP um einen Faktor gleich der Vektorlänge L durch Modellierung und Messungen. - Erster Übersetzer auf Parallelrechnerarchitekturen mit gemeinsamem Adreßraum, der zur Kommunikation nur Vorladeoperationen einsetzt. - Nachweis der automatischen, für den Programmierer transparenten und effizienten Übersetzung von datenparallelen Applikationen in Programme, die zur Kommunikation das VSCAP-Verfahren anwenden, am Beispiel von HPF. - Vergleichbare Leistung von KarHPFn-generiertem VSCAP und der hochoptimierten Kommunikationsbibliothek auf der Cray T3E, bei dynamischen Kommunikationsmustern sogar ein mehr als 6-facher Laufzeitgewinn von VSCAP. - 3- bis mehr als 5-facher Laufzeitgewinn von KarHPFn-generiertem VSCAP gegenüber Portland Group HPF beim Test von drei Applikationen (Veltran, FIRE und PDE1) auf bis zu 128 Prozessoren mit identischen HPF-Quellen, bei Programmen mit großem Kommunikationsaufwand sogar mehr als ein Faktor 15