Paralelização de laços doacross usando anotações de componentes e probabilidade de Loop-Carried

Orientadores: Guido Costa Souza de Araújo, Márcio Machado PereiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: A paralelização de laços é usada para se obter melhor desempenho em algoritmos intensivos, entretando, não são todos os laços que podem ser facilmente paralelizados. Os laços chamados de DOACROSS possuem dependências entre iterações, i.e. uma iteração calcula um dado que é usado por outra iteração futura. Este tipo de dependência é chamada de loop-carried e não pode ser paralelizada trivialmente porque a ordem de execução das iterações deve ser respeitada. Algumas técnicas podem ser usadas para paralelizar este tipo de laço, porém o programador deve entender como funciona o algoritmo e deve escolher quais instruções podem ser executadas em paralelo e quais instruções devem ser executadas sequencialmente. Estas componentes sequenciais e paralelas precisam ser separadas manualmente pelo programador e a comunicação entre as componentes deve ser incluída, a fim de respeitar as dependências entre componentes e as dependências entre iterações. Implementar essas técnicas é um trabalho laborioso que requer uma certa experiência do programador para separar as componentes e encontrar as dependências para implementar a comunicação entre as componentes/threads. Esta comunicação pode ser feita através de filas ou buffers, dependendo do algoritmo de paralelização escolhido. Uma das técnicas de paralelização é o algoritmo mais tradicional, chamado de DOACROSS que foi implementado no OpenMP 4.5 através da cláusula depend da diretiva ordered. Este pragma deve ser usado dentro da região de um laço paralelo do OpenMP a fim de separar as componentes que devem ser sequenciais. A comunicação e a sincronização são implementadas automaticamente utilizando a biblioteca de runtime do OpenMP. Este método remove do programador o trabalho de programação, entretando, ainda é necessário delimitar explicitamente as componentes sequenciais. Outro algoritmo de paralelização estudado foi o Batched DoAcross (BDX). Este algoritmo pode ser usado para reduzir o overhead da comunicação entre componentes, entretanto, a implementação deve ser feita manualmente pelo programador e requer que o programador separe as componentes sequenciais e paralelas, crie barreiras de sincronização para as componentes sequenciais, crie buffers para a comunicação entre componentes e crie variáveis compartilhadas para a comunicação entre as threads (dependências entre iterações). Nos experimentos, foi percebido que a escolha do algoritmo de paralelização depende de alguns fatores, i.e. a estrutura do algoritmo, a proporção das dependências entre iterações, o número de iterações do laço e o tamanho do laço. Foi criada então uma nova cláusula para o OpenMP que, quando usada juntamente com a diretiva ordered, consegue separar as componentes sequenciais e paralelas e implementar essas técnicas de forma automática. Esta cláusula, chamada de use, deve receber um parâmetro que especifica qual técnica o programador quer utilizar para paralelizar o laçoAbstract: Loop parallelization can be used to achieve better performance on intensive algorithms, however, not all loops can be easily parallelized. The called 'DOACROSS' loops have dependences between different iterations, i.e. some iteration computes a data which is used in a later iteration. This kind of dependence is called loop-carried dependence and cannot be simply parallelized because iterations execution order must be respected. Some techniques can be used to parallelize this kind of loop, however, the programmer must understand how the algorithm works and choose which instructions can be executed in parallel and which instructions need to be serialized. These serial and parallel components need to be manually separated by programmer and communication between components must be included to respect dependences inside loop body and between threads to respect loop-carried dependences. Implementing these techniques is a laborious work that requires a certain expertise from programmer to separate loop components and find dependences to implement communication between components/threads. This communication can be done by using a queue or a buffer, depending on the algorithm used to parallelize. One of these parallelization techniques is the traditional DOACROSS, which was implemented by using depend clause for the ordered directive in OpenMP 4.5. This OpenMP construct is used within OpenMP loop region to separate serial and parallel components, then, communication and synchronization are automatically implemented by OpenMP Runtime. This method removes most of the programming work from the programmer, however still requires to explicitly delimit serial region. Another studied parallelization technique is the Batched DoAcross (BDX). This algorithm can be used to reduce the communication overhead of synchronization between components, however, the implementation must be done manually by programmer, which requires for the programmer to separate serial and parallel components, create barriers to synchronization in serial components, create buffers for communication between components and create the shared variables for communication between threads (loop-carried dependences). In our experiments, we noticed that some factors must be taken for the choice of parallelization technique, i.e. algorithm structure, loop-carried ratio, number of loop iterations and loop size. We created a new OpenMP clause that, used together with the ordered directive, can separate these components and implement these techniques automatically. This clause, is called use, receive a parameter for specifying which parallelization technique the programmer want to be implementedMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computaçã

Suporte de parallel scan em OpenMP

Orientadores: Guido Costa Souza de Araújo, Marcio Machado PereiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Prefix Scan (ou simplesmente scan) é um operador que computa todas as somas parciais de um vetor. A operação scan retorna um vetor onde cada elemento é a soma de todos os elementos precedentes até a posição correspondente. Scan é uma operação fundamental para muitos problemas relevantes, tais como: algoritmos de ordenação, análise léxica, comparação de cadeias de caracteres, filtragem de imagens, dentre outros. Embora exis- tam bibliotecas que fornecem versões paralelizadas de scan em CUDA e OpenCL, não existe uma implementação paralela do operador scan em OpenMP. Este trabalho propõe uma nova clausula que permite o uso automático do scan paralelo. Ao usar a cláusula pro- posta, um programador pode reduzir consideravelmente a complexidade dos algoritmos, permitindo que ele concentre a atenção no problema, e não em aprender novos modelos de programação paralela ou linguagens de programação. Scan foi projetado em ACLang (www.aclang.org), um framework de código aberto baseado no compilador LLVM/Clang, que recentemente implementou o OpenMP 4.X Accelerator Programming Model . AClang converte regiões do programa de OpenMP 4.X para OpenCL. Experimentos com um con- junto de algoritmos baseados em Scan foram executados nas GPUs da NVIDIA, Intel e ARM, e mostraram que o desempenho da clausula proposta é equivalente ao alcan- çado pela biblioteca de OpenCL, mas com a vantagem de uma menor complexidade para escrever o códigoAbstract: Prefix Scan (or simply scan) is an operator that computes all the partial sums of a vec- tor. A scan operation results in a vector where each element is the sum of the preceding elements in the original vector up to the corresponding position. Scan is a key opera- tion in many relevant problems like sorting, lexical analysis, string comparison, image filtering among others. Although there are libraries that provide hand-parallelized im- plementations of the scan in CUDA and OpenCL, no automatic parallelization solution exists for this operator in OpenMP. This work proposes a new clause to OpenMP which enables the automatic synthesis of the parallel scan. By using the proposed clause a programmer can considerably reduce the complexity of designing scan based algorithms, thus allowing he/she to focus the attention on the problem and not on learning new paral- lel programming models or languages. Scan was designed in AClang (www.aclang.org), an open-source LLVM/Clang compiler framework that implements the recently released OpenMP 4.X Accelerator Programming Model. AClang automatically converts OpenMP 4.X annotated program regions to OpenCL. Experiments running a set of typical scan based algorithms on NVIDIA, Intel, and ARM GPUs reveal that the performance of the proposed OpenMP clause is equivalent to that achieved when using OpenCL library calls, with the advantage of a simpler programming complexityMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da ComputaçãoCAPE

Exploiting iteration-level parallelism in dataflow programs

The term "dataflow" generally encompasses three distinct aspects of computation - a data-driven model of computation, a functional/declarative programming language, and a special-purpose multiprocessor architecture. In this paper we decouple the language and architecture issues by demonstrating that declarative programming is a suitable vehicle for the programming of conventional distributed-memory multiprocessors.This is achieved by appling several transformations to the compiled declarative program to achieve iteration-level (rather than instruction-level) parallelism. The transformations first group individual instructions into sequential light-weight processes, and then insert primitives to: (1) cause array allocation to be distributed over multiple processors, (2) cause computation to follow the data distribution by inserting an index filtering mechanism into a given loop and spawning a copy of it on all PEs; the filter causes each instance of that loop to operate on a different subrange of the index variable.The underlying model of computation is a dataflow/von Neumann hybrid in that exection within a process is control-driven while the creation, blocking, and activation of processes is data-driven.The performance of this process-oriented dataflow system (PODS) is demonstrated using the hydrodynamics simulation benchmark called SIMPLE, where a 19-fold speedup on a 32-processor architecture has been achieved