Compiler support for parallel code generation through kernel recognition

[Abstract] Summary form only given. The automatic parallelization of loops that contain complex computations is still a challenge for current parallelizing compilers. The main limitations are related to the analysis of expressions that contain subscripted subscripts, and the analysis of conditional statements that introduce complex control flows at run-time. We use the term complex loop to designate loops with such characteristics. We describe the parallelization of sequential complex loop nests using a generic compiler framework (proposed in an earlier paper [Arenaz et al., ICS'2003] ) that accomplishes kernel recognition through the analysis of the gated single assignment program representation. Specifically, we focus on an extension of this framework that enables its use as a powerful tool for gathering source code information that is relevant for the parallelization of each computational kernel. A set of example codes are analyzed in detail to illustrate the potential of our approach. Experimental results using a benchmark suite of complex loop nests are also presented

A Novel Compiler Support for Automatic Parallelization on Multicore Systems

[Abstract] The widespread use of multicore processors is not a consequence of significant advances in parallel programming. In contrast, multicore processors arise due to the complexity of building power-efficient, high-clock-rate, single-core chips. Automatic parallelization of sequential applications is the ideal solution for making parallel programming as easy as writing programs for sequential computers. However, automatic parallelization remains a grand challenge due to its need for complex program analysis and the existence of unknowns during compilation. This paper proposes a new method for converting a sequential application into a parallel counterpart that can be executed on current multicore processors. It hinges on an intermediate representation based on the concept of domain-independent kernel (e.g., assignment, reduction, recurrence). Such kernel-centric view hides the complexity of the implementation details, enabling the construction of the parallel version even when the source code of the sequential application contains different syntactic variations of the computations (e.g., pointers, arrays, complex control flows). Experiments that evaluate the effectiveness and performance of our approach with respect to state-of-the-art compilers are also presented. The benchmark suite consists of synthetic codes that represent common domain-independent kernels, dense/sparse linear algebra and image processing routines, and full-scale applications from SPEC CPU2000.[Resumen] El uso generalizado de procesadores multinúcleo no es consecuencia de avances significativos en programación paralela. Por el contrario, los procesadores multinúcleo surgen debido a la complejidad de construir chips mononúcleo que sean eficiente energéticamente y tengan altas velocidades de reloj. La paralelización automática de aplicaciones secuenciales es la solución ideal para hacer la programación paralela tan fácil como escribir programas para ordenadores secuenciales. Sin embargo, la paralelización automática continua a ser un gran reto debido a su necesidad de complejos análisis del programa y la existencia de incógnitas durante la compilación. Este artículo propone un nuevo método para convertir una aplicación secuencial en su contrapartida paralela que pueda ser ejecutada en los procesadores multinúcleo actuales. Este método depende de una representación intermedia basada en el concepto de núcleos independientes del dominio (p. ej., asignación, reducción, recurrencia). Esta visión centrada en núcleos oculta la complejidad de los detalles de implementación, permitiendo la construcción de la versión paralela incluso cuando el código fuente de la aplicación secuencial contiene diferentes variantes de las computaciones (p. ej., punteros, arrays, flujos de control complejos). Se presentan experimentos que evalúan la efectividad y el rendimiento de nuestra aproximación con respecto al estado del arte. La serie programas de prueba consiste en códigos sintéticos que representan núcleos independientes del dominio comunes, rutinas de álgebra lineal densa/dispersa y de procesamiento de imagen, y aplicaciones completas del SPEC CPU2000.[Resumo] O uso xeralizado de procesadores multinúcleo non é consecuencia de avances significativos en programación paralela. Pola contra, os procesadores multinúcleo xurden debido á complexidade de construir chips mononúcleo que sexan eficientes enerxéticamente e teñan altas velocidades de reloxo. A paralelización automática de aplicacións secuenciais é a solución ideal para facer a programación paralela tan sinxela como escribir programas para ordenadores secuenciais. Sen embargo, a paralelización automática continua a ser un gran reto debido a súa necesidade de complexas análises do programa e a existencia de incógnitas durante a compilación. Este artigo propón un novo método para convertir unha aplicación secuencias na súa contrapartida paralela que poida ser executada nos procesadores multinúcleo actuais. Este método depende dunha representación intermedia baseada no concepto dos núcleos independentes do dominio (p. ex., asignación, reducción, recurrencia). Esta visión centrada en núcleos oculta a complexidade dos detalles de implementación, permitindo a construcción da versión paralela incluso cando o código fonte da aplicación secuencial contén diferentes variantes das computacións (p. ex., punteiros, arrays, fluxos de control complejo). Preséntanse experimentos que evalúan a efectividade e o rendemento da nosa aproximación con respecto ao estado da arte. A serie de programas de proba consiste en códigos sintéticos que representan núcleos independentes do dominio comunes, rutinas de álxebra lineal densa/dispersa e de procesamento de imaxe, e aplicacións completas do SPEC CPU2000.Ministerio de Economía y Competitividad; TIN2010-16735Ministerio de Educación y Cultura; AP2008-0101

Compiler Support for Parallel Code Generation through Kernel Recognition

The automatic parallelization of loops that contain complex computations is still a challenge for current parallelizing compilers. The main limitations are related to the analysis of expressions that contain subscripted subscripts, and the analysis of conditional statements that introduce complex control flows at run-time. We use the term complex loop to designate loops with such characteristics. In this paper, we focus on the generation of parallel code for sequential complex loop nests using a generic compiler framework (proposed in an earlier paper [3]) that accomplishes kernel recognition through the analysis of the Gated Single Assignment program representation. Specifically, we present an extension of this framework that enables its use as a powerful tool for gathering source code information that is relevant for the parallelization of each computational kernel. A set of example codes are analyzed in detail to illustrate the potential of our approach. Experimental results using a benchmark suite of complex loop nests are also presented

Systematic analysis of the cache behavior of irregular codes

[Resumen] El rendimiento de las jerarquías de memoria, en las cuales la caché juega un papel fundamental, es crítico en los computadores de proposito general actuales y en los sistemas embebidos, debido al creciente problema del cuello de botella del sistema de memoria. Desafortunadamente, el comportamiento de la caché es muy inestable y difícil de predecir. Esto es especialmente cierto en presencia de patrones de acceso irregulares, los cuales exhiben poca localidad. Tales patrones son muy comunes por ejemplo en aplicaciones en las cuales algunas referencias están afectadas por sentencias condicionales o en las que el almacenamiento comprimido de matrices dispersas da lugar a la aparición de indirecciones. SIn embargo, el comportamiento caché en presencia de patrones de acceso irregulares no ha sido estudiado ampliamente. En esta tesis presentamos extensiones de una técnica de modelado analítico sistemático basadas en PMEs (Ecuaciones probabilísticas de fallos) que permiten el análisis automático del comportamiento caché para códigos que incluyen sentencias condicionales cuyo valor de verdad puede no ser determinable en tiempo de compilación y códigos con referencias irregulares debidas a indirecciones, respectivamente. El modelo genera predicciones muy precisar a pesar de la irregularidad y tiene un bajo coste computacional siendo el primer modelo que reune estas dos características capaz de analizar automáticamente esta clase de códigos. Estas propiedades convierten al modelo en adecuado para servir de guía en optimizaciones del compilador. La extensión del modelo para códigos irregulares con indirecciones ha sido integrada en el compilador XARK, un compilador orientado al reconocimiento automático de kernels en aplicaciones científicas. Mostramos como explotar las potentes capacidades de extracción de información de este compilador para permitir el modelado automático de códigos científicos basados en bucles