Programmering af multicore processorer - abstraktion eller parallelprogrammeringskrise

摘要

Multicore processorer har erstattet enkeltkerneprocessorer og indenfor et tidsrum på 10 år, forventesmanycore processorer med op til flere hundrede processorkerner. I projektet udforskes hvilkenbetydning overgangen til parallelle maskinarkitekturer vil få for den brede målgruppe afsoftwareudviklere bag samfundets hverdagsapplikationer, samt hvilke abstraktionsformer der kanvære med til at sikre let og ubesværet udnyttelse af denne nye form for skalering i processorkraft.Projektet tager udgangspunkt i et omfattende teoretisk studie af problemfeltet, med inddragelse afeksempler samt påpegelse af sammenhænge mellem teorien og aktuelle tiltag på Java og .NETplatformene. Det teoretiske studie suppleres med en empirisk og eksperimentel undersøgelse afCBEA processoren og IBM SDK for Multicore Acceleration Version 3.0.Konklusion og resultaterImperative programmeringssprog og sekventiel tankegang i programmeringen, er det herskendeparadigme i dag. Med dette udgangspunkt, kan automatisk parallelisering af applikationer ogalgoritmer ikke foretages effektivt. Softwareudviklere må derfor tilpasse deres kildekode, for atsikre fortsat skalering i ydelse på nye parallelle maskinarkitekturer. Detaljer på lavt niveau skal dogundgås, da de vil bringe softwareudviklingen ind i en ny parallelprogrammeringskrise. Eksplicitparallelisering bør derfor foretages igennem højere abstraktionsformer (frameworks) forparallelprogrammering. Til eksplicit parallelisering er det fordelagtigt, at tænke i dataparallelitetfrem for opgaveparallelitet; det er simplere og kan skalere bedre på de kommende manycoreprocessorer. Derudover ses egenskaber fra deklarative sprog introduceret i ellers overvejendeimperative udviklingsmiljøer, særligt på .NET platformen. Det er vigtigt at udnytte disseegenskaber, da de kan gøre automatisk parallelisering opnåelig. Brug af software komponenter derer en del af udviklingsplatformen eller tilbydes af tredjepartsleverandører, er en fordel, for her er detleverandørens opgave, at opdatere disse med effektive og skalerbare parallelle algoritmer.Igennem to eksperimenter vises at det er muligt at programmere CBEA processoren med relativt højabstraktion igennem IBM SDK for Multicore Acceleration Version 3.0, med anvendelse af C++udvidet med vektor datatyper, samt den højere abstraktionsform for parallelprogrammeringAccelerated Library Framework (ALF). Måling af ydelsesforbedring ved parallelisering, viser dogblandede resultater: Fem til 10 gange forbedret ydelse observeres for dataorienterede ogberegningsintensive opgaver, mens resultaterne for mindre velegnede opgaver går fra ingenydelsesforbedring til fordoblet ydelse. Parallelprogrammering af CBEA processoren er fortsatforbundet med store tekniske udfordringer, særligt med henblik på effektiv udnyttelse afhukommelsesorganisationen samt de specialiserede SPE enheder. Højere abstraktion er nødvendig –i projektet beskrives tanker og idéer om hvordan der kan arbejdes mod dette mål.