Proceedings of the 3rd Workshop on Domain-Specific Language Design and Implementation (DSLDI 2015)

The goal of the DSLDI workshop is to bring together researchers and practitioners interested in sharing ideas on how DSLs should be designed, implemented, supported by tools, and applied in realistic application contexts. We are both interested in discovering how already known domains such as graph processing or machine learning can be best supported by DSLs, but also in exploring new domains that could be targeted by DSLs. More generally, we are interested in building a community that can drive forward the development of modern DSLs. These informal post-proceedings contain the submitted talk abstracts to the 3rd DSLDI workshop (DSLDI'15), and a summary of the panel discussion on Language Composition

A Modeling Approach based on UML/MARTE for GPU Architecture

Nowadays, the High Performance Computing is part of the context of embedded systems. Graphics Processing Units (GPUs) are more and more used in acceleration of the most part of algorithms and applications. Over the past years, not many efforts have been done to describe abstractions of applications in relation to their target architectures. Thus, when developers need to associate applications and GPUs, for example, they find difficulty and prefer using API for these architectures. This paper presents a metamodel extension for MARTE profile and a model for GPU architectures. The main goal is to specify the task and data allocation in the memory hierarchy of these architectures. The results show that this approach will help to generate code for GPUs based on model transformations using Model Driven Engineering (MDE).Comment: Symposium en Architectures nouvelles de machines (SympA'14) (2011

Design and management of image processing pipelines within CPS: Acquired experience towards the end of the FitOptiVis ECSEL Project

Cyber-Physical Systems (CPSs) are dynamic and reactive systems interacting with processes, environment and, sometimes, humans. They are often distributed with sensors and actuators, characterized for being smart, adaptive, predictive and react in real-time. Indeed, image- and video-processing pipelines are a prime source for environmental information for systems allowing them to take better decisions according to what they see. Therefore, in FitOptiVis, we are developing novel methods and tools to integrate complex image- and video-processing pipelines. FitOptiVis aims to deliver a reference architecture for describing and optimizing quality and resource management for imaging and video pipelines in CPSs both at design- and run-time. The architecture is concretized in low-power, high-performance, smart components, and in methods and tools for combined design-time and run-time multi-objective optimization and adaptation within system and environment constraints

Architectural explorations for streaming accelerators with customized memory layouts

El concepto básico de la arquitectura mono-nucleo en los procesadores de propósito general se ajusta bien a un modelo de programación secuencial. La integración de multiples núcleos en un solo chip ha permitido a los procesadores correr partes del programa en paralelo. Sin embargo, la explotación del enorme paralelismo disponible en muchas aplicaciones de alto rendimiento y de los datos correspondientes es difícil de conseguir usando unicamente multicores de propósito general. La aparición de aceleradores tipo streaming y de los correspondientes modelos de programación han mejorado esta situación proporcionando arquitecturas orientadas al proceso de flujos de datos. La idea básica detrás del diseño de estas arquitecturas responde a la necesidad de procesar conjuntos enormes de datos. Estos dispositivos de alto rendimiento orientados a flujos permiten el procesamiento rapido de datos mediante el uso eficiente de computación paralela y comunicación entre procesos. Los aceleradores streaming orientados a flujos, igual que en otros procesadores, consisten en diversos componentes micro-arquitectonicos como por ejemplo las estructuras de memoria, las unidades de computo, las unidades de control, los canales de Entrada/Salida y controles de Entrada/Salida, etc. Sin embargo, los requisitos del flujo de datos agregan algunas características especiales e imponen otras restricciones que afectan al rendimiento. Estos dispositivos, por lo general, ofrecen un gran número de recursos computacionales, pero obligan a reorganizar los conjuntos de datos en paralelo, maximizando la independiencia para alimentar los recursos de computación en forma de flujos. La disposición de datos en conjuntos independientes de flujos paralelos no es una tarea sencilla. Es posible que se tenga que cambiar la estructura de un algoritmo en su conjunto o, incluso, puede requerir la reescritura del algoritmo desde cero. Sin embargo, todos estos esfuerzos para la reordenación de los patrones de las aplicaciones de acceso a datos puede que no sean muy útiles para lograr un rendimiento óptimo. Esto es debido a las posibles limitaciones microarquitectonicas de la plataforma de destino para los mecanismos hardware de prefetch, el tamaño y la granularidad del almacenamiento local, y la flexibilidad para disponer de forma serial los datos en el interior del almacenamiento local. Las limitaciones de una plataforma de streaming de proposito general para el prefetching de datos, almacenamiento y demas procedimientos para organizar y mantener los datos en forma de flujos paralelos e independientes podría ser eliminado empleando técnicas a nivel micro-arquitectonico. Esto incluye el uso de memorias personalizadas especificamente para las aplicaciones en el front-end de una arquitectura streaming. El objetivo de esta tesis es presentar exploraciones arquitectónicas de los aceleradores streaming con diseños de memoria personalizados. En general, la tesis cubre tres aspectos principales de tales aceleradores. Estos aspectos se pueden clasificar como: i) Diseño de aceleradores de aplicaciones específicas con diseños de memoria personalizados, ii) diseño de aceleradores con memorias personalizadas basados en plantillas, y iii) exploraciones del espacio de diseño para dispositivos orientados a flujos con las memorias estándar y personalizadas. Esta tesis concluye con la propuesta conceptual de una Blacksmith Streaming Architecture (BSArc). El modelo de computación Blacksmith permite la adopción a nivel de hardware de un front-end de aplicación específico utilizando una GPU como back-end. Esto permite maximizar la explotación de la localidad de datos y el paralelismo a nivel de datos de una aplicación mientras que proporciona un flujo mayor de datos al back-end. Consideramos que el diseño de estos procesadores con memorias especializadas debe ser proporcionado por expertos del dominio de aplicación en la forma de plantillas.The basic concept behind the architecture of a general purpose CPU core conforms well to a serial programming model. The integration of more cores on a single chip helped CPUs in running parts of a program in parallel. However, the utilization of huge parallelism available from many high performance applications and the corresponding data is hard to achieve from these general purpose multi-cores. Streaming accelerators and the corresponding programing models improve upon this situation by providing throughput oriented architectures. The basic idea behind the design of these architectures matches the everyday increasing requirements of processing huge data sets. These high-performance throughput oriented devices help in high performance processing of data by using efficient parallel computations and streaming based communications. The throughput oriented streaming accelerators ¿ similar to the other processors ¿ consist of numerous types of micro-architectural components including the memory structures, compute units, control units, I/O channels and I/O controls etc. However, the throughput requirements add some special features and impose other restrictions for the performance purposes. These devices, normally, offer a large number of compute resources but restrict the applications to arrange parallel and maximally independent data sets to feed the compute resources in the form of streams. The arrangement of data into independent sets of parallel streams is not an easy and simple task. It may need to change the structure of an algorithm as a whole or even it can require to write a new algorithm from scratch for the target application. However, all these efforts for the re-arrangement of application data access patterns may still not be very helpful to achieve the optimal performance. This is because of the possible micro-architectural constraints of the target platform for the hardware pre-fetching mechanisms, the size and the granularity of the local storage and the flexibility in data marshaling inside the local storage. The constraints of a general purpose streaming platform on the data pre-fetching, storing and maneuvering to arrange and maintain it in the form of parallel and independent streams could be removed by employing micro-architectural level design approaches. This includes the usage of application specific customized memories in the front-end of a streaming architecture. The focus of this thesis is to present architectural explorations for the streaming accelerators using customized memory layouts. In general the thesis covers three main aspects of such streaming accelerators in this research. These aspects can be categorized as : i) Design of Application Specific Accelerators with Customized Memory Layout ii) Template Based Design Support for Customized Memory Accelerators and iii) Design Space Explorations for Throughput Oriented Devices with Standard and Customized Memories. This thesis concludes with a conceptual proposal on a Blacksmith Streaming Architecture (BSArc). The Blacksmith Computing allow the hardware-level adoption of an application specific front-end with a GPU like streaming back-end. This gives an opportunity to exploit maximum possible data locality and the data level parallelism from an application while providing a throughput natured powerful back-end. We consider that the design of these specialized memory layouts for the front-end of the device are provided by the application domain experts in the form of templates. These templates are adjustable according to a device and the problem size at the device's configuration time. The physical availability of such an architecture may still take time. However, simulation framework helps in architectural explorations to give insight into the proposal and predicts potential performance benefits for such an architecture

Architectural explorations for streaming accelerators with customized memory layouts

El concepto básico de la arquitectura mono-nucleo en los procesadores de propósito general se ajusta bien a un modelo de programación secuencial. La integración de multiples núcleos en un solo chip ha permitido a los procesadores correr partes del programa en paralelo. Sin embargo, la explotación del enorme paralelismo disponible en muchas aplicaciones de alto rendimiento y de los datos correspondientes es difícil de conseguir usando unicamente multicores de propósito general. La aparición de aceleradores tipo streaming y de los correspondientes modelos de programación han mejorado esta situación proporcionando arquitecturas orientadas al proceso de flujos de datos. La idea básica detrás del diseño de estas arquitecturas responde a la necesidad de procesar conjuntos enormes de datos. Estos dispositivos de alto rendimiento orientados a flujos permiten el procesamiento rapido de datos mediante el uso eficiente de computación paralela y comunicación entre procesos. Los aceleradores streaming orientados a flujos, igual que en otros procesadores, consisten en diversos componentes micro-arquitectonicos como por ejemplo las estructuras de memoria, las unidades de computo, las unidades de control, los canales de Entrada/Salida y controles de Entrada/Salida, etc. Sin embargo, los requisitos del flujo de datos agregan algunas características especiales e imponen otras restricciones que afectan al rendimiento. Estos dispositivos, por lo general, ofrecen un gran número de recursos computacionales, pero obligan a reorganizar los conjuntos de datos en paralelo, maximizando la independiencia para alimentar los recursos de computación en forma de flujos. La disposición de datos en conjuntos independientes de flujos paralelos no es una tarea sencilla. Es posible que se tenga que cambiar la estructura de un algoritmo en su conjunto o, incluso, puede requerir la reescritura del algoritmo desde cero. Sin embargo, todos estos esfuerzos para la reordenación de los patrones de las aplicaciones de acceso a datos puede que no sean muy útiles para lograr un rendimiento óptimo. Esto es debido a las posibles limitaciones microarquitectonicas de la plataforma de destino para los mecanismos hardware de prefetch, el tamaño y la granularidad del almacenamiento local, y la flexibilidad para disponer de forma serial los datos en el interior del almacenamiento local. Las limitaciones de una plataforma de streaming de proposito general para el prefetching de datos, almacenamiento y demas procedimientos para organizar y mantener los datos en forma de flujos paralelos e independientes podría ser eliminado empleando técnicas a nivel micro-arquitectonico. Esto incluye el uso de memorias personalizadas especificamente para las aplicaciones en el front-end de una arquitectura streaming. El objetivo de esta tesis es presentar exploraciones arquitectónicas de los aceleradores streaming con diseños de memoria personalizados. En general, la tesis cubre tres aspectos principales de tales aceleradores. Estos aspectos se pueden clasificar como: i) Diseño de aceleradores de aplicaciones específicas con diseños de memoria personalizados, ii) diseño de aceleradores con memorias personalizadas basados en plantillas, y iii) exploraciones del espacio de diseño para dispositivos orientados a flujos con las memorias estándar y personalizadas. Esta tesis concluye con la propuesta conceptual de una Blacksmith Streaming Architecture (BSArc). El modelo de computación Blacksmith permite la adopción a nivel de hardware de un front-end de aplicación específico utilizando una GPU como back-end. Esto permite maximizar la explotación de la localidad de datos y el paralelismo a nivel de datos de una aplicación mientras que proporciona un flujo mayor de datos al back-end. Consideramos que el diseño de estos procesadores con memorias especializadas debe ser proporcionado por expertos del dominio de aplicación en la forma de plantillas.The basic concept behind the architecture of a general purpose CPU core conforms well to a serial programming model. The integration of more cores on a single chip helped CPUs in running parts of a program in parallel. However, the utilization of huge parallelism available from many high performance applications and the corresponding data is hard to achieve from these general purpose multi-cores. Streaming accelerators and the corresponding programing models improve upon this situation by providing throughput oriented architectures. The basic idea behind the design of these architectures matches the everyday increasing requirements of processing huge data sets. These high-performance throughput oriented devices help in high performance processing of data by using efficient parallel computations and streaming based communications. The throughput oriented streaming accelerators ¿ similar to the other processors ¿ consist of numerous types of micro-architectural components including the memory structures, compute units, control units, I/O channels and I/O controls etc. However, the throughput requirements add some special features and impose other restrictions for the performance purposes. These devices, normally, offer a large number of compute resources but restrict the applications to arrange parallel and maximally independent data sets to feed the compute resources in the form of streams. The arrangement of data into independent sets of parallel streams is not an easy and simple task. It may need to change the structure of an algorithm as a whole or even it can require to write a new algorithm from scratch for the target application. However, all these efforts for the re-arrangement of application data access patterns may still not be very helpful to achieve the optimal performance. This is because of the possible micro-architectural constraints of the target platform for the hardware pre-fetching mechanisms, the size and the granularity of the local storage and the flexibility in data marshaling inside the local storage. The constraints of a general purpose streaming platform on the data pre-fetching, storing and maneuvering to arrange and maintain it in the form of parallel and independent streams could be removed by employing micro-architectural level design approaches. This includes the usage of application specific customized memories in the front-end of a streaming architecture. The focus of this thesis is to present architectural explorations for the streaming accelerators using customized memory layouts. In general the thesis covers three main aspects of such streaming accelerators in this research. These aspects can be categorized as : i) Design of Application Specific Accelerators with Customized Memory Layout ii) Template Based Design Support for Customized Memory Accelerators and iii) Design Space Explorations for Throughput Oriented Devices with Standard and Customized Memories. This thesis concludes with a conceptual proposal on a Blacksmith Streaming Architecture (BSArc). The Blacksmith Computing allow the hardware-level adoption of an application specific front-end with a GPU like streaming back-end. This gives an opportunity to exploit maximum possible data locality and the data level parallelism from an application while providing a throughput natured powerful back-end. We consider that the design of these specialized memory layouts for the front-end of the device are provided by the application domain experts in the form of templates. These templates are adjustable according to a device and the problem size at the device's configuration time. The physical availability of such an architecture may still take time. However, simulation framework helps in architectural explorations to give insight into the proposal and predicts potential performance benefits for such an architecture.Postprint (published version