Compilation techniques for automatic extraction of parallelism and locality in heterogeneous architectures

Resumen

La computación de altas prestaciones se ha convertido en un habilitador clave para la innovación en la ciencia y la industria. Este hecho ha propiciado una demanda continua de más poder computacional que la industria del silicio ha satisfecho con arquitecturas paralelas y heterogéneas, y jerarquías de memoria complejas. Como consecuencia, los desarrolladores de software han sido desafiados a escribir códigos nuevos y reescribir los antiguos para que sean eficientes en estos nuevos sistemas. Desafortunadamente, los casos de éxito son escasos y requieren inversiones enormes en fuerza de trabajo. Los compiladores actuales generan código binario con rendimiento máximo en las arquitecturas mononúcleo. Siguiendo esta victoria, esta tesis explora nuevas ideas en el diseño de compiladores para superar este reto con la extracción automática de paralelismo y localidad. En primer lugar, presentamos una nueva representación intermedia de compilador basada en diKernels denominada KIR, la cual es insensible a variaciones sintácticas en el código de fuente y expone múltiples niveles de paralelismo. Sobre la KIR, construimos una aproximación fuente-a-fuente que genera código paralelo anotado con directivas: OpenMP para multinúcleos y OpenHMPP para GPUs. Finalmente, modelamos el comportamiento del programa desde el punto de vista de los accesos de memoria a través de la reconstrucción de bucles afines para códigos secuenciales y paralelos. Las evaluaciones experimentales a lo largo de la tesis corroboran la efectividad y eficacia de las soluciones propuestas.