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