Manycore Architectures and SIMD Optimizations for High Performance Computing

Resumo

Nos últimos cincuenta anos a arquitectura de computadores estivo marcada pola capacidade de aumentar o número de transistores nos microchips segundo a Lei de Moore. Esta corrente cambiou drasticamente na última década. O paralelismo xoga un factor clave nos deseños modernos: dende un punto de vista hardware aumentando o número de CPUs, e dende unha perspectiva software explotando as capacidades arquitectónicas con especial énfase nas unidades vectoriais. Nesta Tese poñemos o foco en dúas dimensións ortogonais: a análise e optimización do tráfico de coherencia en arquitecturas manycore, e o desenvolvemento de optimizacións vectoriais. Na primeira dimensión desenvolvemos técnicas estáticas e dinámicas para mellorar a afinidade entre as CPUs e os datos naquelas arquitecturas que implementan redes de interconexión en malla. A nosa proposta reduce a contención nesas mallas mellorando a localidade dos datos de acordo á distribución física dos compoñentes. Na segunda dimensión desenvolvemos un compilador fonte-a-fonte para vectorizar códigos con patróns de acceso a memoria irregulares. Presentamos dúas contribucións: estratexias para recuperar de forma vectorial direccións de memoria non contiguas, e a fusión de reducións independentes. Desenvolvemos un sistema SMT para a xeración de alternativas de empaquetado de operandos aleatorios baseadas no conxunto de instrucións da arquitectura subxacente, e unha ferramenta para a caracterización de arquitecturas. A nosa avaliación mostra potenciais beneficios nestes códigos irregulares aplicando as nosas propostas.