基于LLVM的異構(gòu)編譯優(yōu)化方法研究.pdf

1、2009年Khronos Group ISO提出了OpenCL(Open Computing Language)標(biāo)準(zhǔn)，它是一個(gè)為異構(gòu)平臺(tái)編寫(xiě)并行程序的框架。相對(duì)于CUDA等GPGPU(General-purpose computing on graphics processing units)“方言”，它有著標(biāo)準(zhǔn)化、跨平臺(tái)等特點(diǎn)，適合用于在異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)可移植的并行應(yīng)用程序。標(biāo)準(zhǔn)化高性能應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)的需求推動(dòng)了OpenCL的發(fā)展。O

2、penCL解決了復(fù)雜的存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)并行執(zhí)行問(wèn)題，特別是解決了異構(gòu)并行計(jì)算系統(tǒng)先前編程模型中存在的嚴(yán)重局限性。
　　 相對(duì)CPU每個(gè)核擁有大量的緩存及復(fù)雜的控制邏輯，善于單線程可執(zhí)行程序的復(fù)雜執(zhí)行。GPU更側(cè)重于執(zhí)行并行應(yīng)用程序時(shí)的吞吐量，由大量較小的核組成，每個(gè)核的主頻較低，但存在較大量的寄存器文件、內(nèi)存帶寬和擁有較小的緩存。同時(shí)期的頂級(jí)CPU與GPU相比，整體浮點(diǎn)運(yùn)算的執(zhí)行速度是CPU的10倍左右，顯存的帶寬也是內(nèi)存的

3、10倍左右;單一核CPU與GPU相比，運(yùn)算速度和平均擁有的帶寬剛好相反，為十分之一。
　　 本文針對(duì)OpenCL編譯時(shí)期的特有模式，提出了一種新的針對(duì)異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)的編譯期優(yōu)化方法，該方法根據(jù)設(shè)備端和主機(jī)端的各自特點(diǎn)將設(shè)備端的一些冗余操作提到主機(jī)端或者新的設(shè)備端kernel中去執(zhí)行，以達(dá)到降低存儲(chǔ)器讀寫(xiě)的目的。這種方法充分利用了異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)，較傳統(tǒng)優(yōu)化方法相對(duì)靈活，在一定程度上降低了異構(gòu)平臺(tái)程序開(kāi)發(fā)對(duì)硬件的依賴，可以產(chǎn)生良好

4、的代碼并提高程序運(yùn)行的效率。
　　 本文整體實(shí)現(xiàn)主要包含兩個(gè)模塊，分別是運(yùn)行時(shí)檢測(cè)模塊與編譯期代碼優(yōu)化模塊。作者主要工作如下:擴(kuò)展了循環(huán)不變代碼外提算法，通過(guò)數(shù)據(jù)依賴分析，使得算法可以較細(xì)致的分析那些load，store指令是可以外提到循環(huán)前置塊的。另外設(shè)計(jì)了一個(gè)針對(duì)OpenCL的歸納變量分析器，分析每條指令依賴get_global_id和get_local_id函數(shù)的維度。并且證明了在kernel中進(jìn)行依賴分析時(shí)不需要考慮Op