| Περίληψη |
Τα σύγχρονα πολυεπεξεργαστικά συστήματα με διαχείριση αποκλειστικών τοπικών μνημών προσφέρουν μια αποτελεσματική πλατφόρμα ανάπτυξης παράλληλων προγραμμάτων. Η ρητή διαχείριση μνημών επιτρέπει στους προγραμματιστές να ελέγχουν άμεσα την τοπικότητα και τη μεταφορά των δεδομένων ενός προγράμματος. Η χρήση αυτού του άμεσου ελέγχου επιτρέπει τη δημιουργία εφαρμογών οι οποίες επιτυγχάνουν υψηλές επιδόσεις αφού οι μεταφορές δεδομένων βελτιστοποιούνται και τα δεδομένα διαμοιράζονται κατάλληλα ανάμεσα σε τοπικές και κοινές μνήμες. Η εκμετάλλευση, όμως, τέτοιων συστημώτων παιτεί την ύπαρξη κατάλληλων εφαρμογών οι οποίες θα είναι σε θέση να χρησιμοποιούν τους διαθέσιμους πόρους με τέτοιο τρόπο ώστε να πετύχουν την αδιάλειπτη τους χρήση.
Σε αυτή την εργασία αναπτύσσουμε διάφορες εφαρμογές χρησιμοποιώντας ένα πολυεπεξεργαστικό σύστημα ανάπτυξης βασισμένο σε πολλαπλούς πυρήνες με αποκλειστικές τοπικές μνήμες οι οποίες διαχειρίζονται αίτε με σαφής είτε με έμμεσους τρόπους επικοινωνίας. Προκειμένου να επιτύχουμε τη μέγιστη επίδοση εκμεταλλευόμαστε τους μηχανισμούς ρητής επικοινωνίας που το σύστημα προσφέρει ώστε να διαχειριστούμε τις μνήμες και να ανταλλάξουμε δεδομένα επιτυγχάνοντας τη μέγιστη δυνατή χρήση των διαθέσιμων πόρων του συστήατος. Ακόμα, μετράμε και αναλύουμε τις επιδόσεις κάθε εφαρμογής για διάφορες περιπτώσεις και αναφέρουμε τις μεθόδους βελτιστοποίησης για καθε μια.
Οι εφαρμογές που αναπτύσσουμε είναι ο γνωστός μετασχηματισμός Fourrier, ένας διτονικός αλγόριθμος ταξινόμησης, τρεις εφαρμογές Map-Reduce και, τέλος, μια εφαρμογή stream μέτρησης επιδόσεων της μεταφοράς δεδομένων στο σύστημα μας. Το σύστημα το οποίο χρησιμοποιούμε αναπτύχθηκε στο εργασήριο CARV (Computer Architecture and VLSI Systems) του ΙΤΕ (Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας) και βασίζεται σε μια σύγχρονη πλατφόρμα ανάπτυξης FPGA (Field Programmable Gate Array).
Σε αυτή την εργασία προσθέτουμε επιπλέον υπομονάδες στο σύστημα και λειτουργικότητες στις βιβλιοθήκες, ώστε να εκμεταλλευτούμε την ρητή επικοινωνία στα παράλληλα προγραμματιστικά μοντέλα. Επιπλέον, μεταφέρουμε και αναλύουμε τις επιδόσεις των εφαρμογών και αναφέρουμε τεχνικές εκμετάλλευσης των διαθέσιμων μηχανισμών επικοινωνίας ώστε να επιτύχουμε υψηλές επιδόσεις με τη χρήση των ρητών μεθόδων επικοινωνίας. Μετράμε την επίδοση και τον ελάχιστο κόκκο προγράμματος όπου μπορούμε να επιτύχουμε επιτάχυνση της παράλληλης εκτέλεσης μιας εφαρμογής συγκρινόμενη με τη σειριακη σε διάφορες περιπτώσεις. Τέλος, αναφέρουμε τις δυσκολίες και τους περιορισμούς της ανάπτυξης των εφαρμογών στο πρωτότυπο σύστημα.
Μετράμε επιτάχυνση της παράλληλης εκτέλεσης του αλγόριθμου της διτονικής ταξινόμησης ο οποίος απαιτεί μόλις 700 κύκλους σειριακής εκτέλεσης. Στις εφαρμογές MapReduce μετράμε επιτάχυνση της εκτέλεσης μέχρι περίπου 2 και 4 για δυο και τέσσερις επεξεργστές αντίστοιχα και στην Stream εφαρμογή πιέζουμε τους μηχανισμούς επικοινωνίας του συστήματος επιτυγχάνοντας ρυθμούς μεταφοράς on-chip δεδομένων με ταχύτητες μέχρι και 3200MB/s.
|
Runtime support for programming explicit communication chip multiprocessors
