OpenHMPP

OpenHMPP (HMPP^[1] для Hybrid Multicore Parallel Programming) — стандарт програмування для гетерогенних обчислень. Базується на основі набору директив компілятора, модель програмування призначена для маніпулювання апаратними прискорювачами без складнощів пов'язаних з GPU програмуванням. Цей підхід на основі директив був реалізований тому, що  він дозволяє вільні зв'язки між програмний кодом і використанням апаратного прискорювача.

Опис

OpenHMPP модель програмування заснована на директивах надає синтаксис, щоб розвантажити обчислювання на апаратних прискорювачах та оптимізувати переміщення даних на/із апаратної пам'яті.

Модель заснована на праці CAPS (Compiler and Architecture for Embedded and Superscalar Processors) [Архівовано 16 червня 2011 у Wayback Machine.], є спільним проектом з INRIA, CNRS, University of Rennes 1 і INSA Rennes.

Поняття OpenHMPP

OpenHMPP заснована на  концепції codelets, функції можуть бути виконані віддалено на апаратних прискорювачах.

Концепція OpenHMPP codelet

Codelet має наступні властивості:

1. Це чиста функція.
   • Вона не містить статичних чи динамічних змінних, не посилається на якісь глобальні змінні за винятком того, коли вона була оголошена в HMPP директиві «resident»
   • Не містить викликів функцій які можуть бути вбудованими. Це включає в себе використання бібліотек і системних функцій таких як malloc, printf, …
   • Кожен виклик функції повинен посилатись до статичної чистої функції (без покажчиків на функції).
2. Вона не повертає ніякого значення(функція void в C або subroutine в Fortran).
3. Число аргументів повинно бути виправлено (тобто це не може бути функція зі змінним числом аргументів як в stdarg.h C).
4. Вона не рекурсивна.
5. Його параметри вважаються не псевдонімом (перегляньте Aliasing (computing)).
6. Він не містить директив callsite (тобто RPC на інший codelet) або інших HMPP директив.

Ці властивості гарантують, що RPC може бути віддалено виконана на апаратних прискорювачах. Цей RPC і пов'язані з ним передачі даних можуть бути асинхронними.

Codelet RPCs

Синхронний проти асинхронного RPC

HMPP надає синхронний і асинхронний RPC. Виконання асинхронних операцій залежить від апаратних засобів.

Модель пам'яті HMPP

Модель пам'яті HMPP

HMPP розглядає два адресних простори: хост процесор і пам'ять апаратного прискорювача.

Поняття директив

Див. також: Директива (програмування)

Директиви OpenHMPP можуть розглядатися як «мета-інформація» додана у вихідний код програми. Вони гарантують безпеку мета-інформації, тобто вони не змінюють поведінку початкового коду. Вони стосуються віддаленого виконання (RPC) функції, а також передачі даних в/з пам'яті апаратного прискорювача.

В таблиці нижче представлені директиви OpenHMPP. В директивах OpenHMPP розглядаються різні проблеми: деякі з них присвячені оголошенню та інші призначені для управління виконанням.

	Інструкції керування потоком	Директиви для управління даними
Оголошення	codelet group	resident map mapbyname
Оперативні директиви	callsite synchronize region	allocate release advancedload delegatedstore

Концепція набору директив

Однією з основних точок НМРР підходу є поняття директив і пов'язаних з ними міток, що дозволяють виявити цілісну структуру на весь набір директив поширений в додатку.

Існує два види міток:

• Один пов'язаний з codelet. Загалом, директиви які несуть цей вид міток обмежуються тільки одним codelet (викликається автономний codelet в іншій частині документа щоб відрізнити його від групи codelets).
• Інший пов'язаний з групою codelets. Ці мітки позначені таким чином: «<LabelOfGroup>», де «LabelOfGroup» — це ім'я, задане користувачем. Загалом, директиви, які мають позначку цього типу відносяться до цілої групи.

OpenHMPP Синтаксис Директив

Для того, щоб спростити позначення, регулярні вирази будуть використані для опису синтаксису HMPP директив.

Кольорові позначення нижче використовується для опису синтаксису директив:

• Зарезервовані HMPP ключові слова зелені;
• Елементи граматики, які можуть бути відкинуті в ключових словах HMPP червоні;
• Змінні користувача залишаються в чорними.

Загальний синтаксис

Загальний синтаксис директив OpenHMPP є:

• Для мови C:

#pragma hmpp <grp_label> [codelet_label]? directive_type [,directive_parameters]* [&]

• Для мови FORTRAN:

!$hmpp <grp_label> [codelet_label]? directive_type [,directive_parameters]* [&]

Де:

• <grp_label>: це унікальний ідентифікатор іменування групи codelets. У тих випадках, коли жодна з груп не визначена в додатку, ця мітка може просто пропущена. Дозволені назви міток повинні дотримуватись цієї граматики: [a-z, A-Z,_][a-z, A-Z,0-9,_]*. Зверніть увагу, що «< >» символи відносяться до синтаксису і є обов'язковими для такого роду міток.
• codelet_label: унікальний ідентифікатор іменування codelet. Дозволені назви міток повинні дотримуватись цієї граматики: [a-z, A-Z,_][a-z, A-Z,0-9,_]*
• directive: це ім'я директиви;
• directive_parameters: визначає деякі параметри, пов'язані з директивою. Ці параметри можуть бути різних видів і уточнювати деякі аргументи наведені в директиві з будь-яким режимом виконання (асинхронний в порівнянні з синхронним, наприклад);
• [&]: це символ, який використовується для продовження директиви на наступному рядку(те ж для C і FORTRAN).

OpenHMPP директиви

Директиви для оголошення і виконання codelet

Директива codelet оголошує обчислення для віддаленого виконання на апаратному прискорювачі.

Для директиви codelet :

• Мітка codelet є обов'язковою і повинна бути унікальною в додатку
• Мітка групи не вимагається, якщо жодна з груп не визначена.
• Директива codelet вставляється безпосередньо перед оголошенням функції.

Синтаксис директиви:

 #pragma hmpp <grp_label> codelet_label codelet 
                            [, version = major.minor[.micro]?]?
                            [, args[arg_items].io=[[in|out|inout]]*
                            [, args[arg_items].size={dimsize[,dimsize]*}]*
                            [, args[arg_items].const=true]*
                            [, cond = "expr"]
                            [, target=target_name[:target_name]*]

Директива callsite визначає, яким чином Використовувати codelet в даний момент в програмі. 

Синтаксис директиви: 

 #pragma hmpp <grp_label> codelet_label callsite
                     [, asynchronous]?
                     [, args[arg_items].size={dimsize[,dimsize]*}]*
                     [, args[arg_items].advancedload=[[true|false]]*
                     [, args[arg_items].addr="expr"]*
                     [, args[arg_items].noupdate=true]*

Приклад показаний тут:

 /* declaration of the codelet */
 #pragma hmpp simple1 codelet, args[outv].io=inout, target=CUDA
 static void matvec(int sn, int sm, float inv[sm], float inm[sn][sm], float *outv){
     int i, j;
     for (i = 0 ; i < sm ; i++) {
       float temp = outv[i];
       for (j = 0 ; j < sn ; j++) {
         temp += inv[j] * inm[i][ j];
     }
    outv[i] = temp;
  }
  
  int main(int argc, char **argv) {
    int n;
    ........
  
  /* codelet use */
  #pragma hmpp simple1 callsite, args[outv].size={n}
  matvec(n, m, myinc, inm, myoutv);
    ........
  }

У деяких випадках, певне управління даних у всьому додатку потрібно (CPU/GPU оптимізації переміщення даних, загальні змінні...). Директива group дозволяє оголошувати групу codelets. Параметри, зазначені в цій директиві, застосовуються до всіх codelets, що належать до цієї групи. 

Синтаксис директиви: 

#pragma hmpp <grp_label> group 
                          [, version = <major>.<minor>[.<micro>]?]? 
                          [, target = target_name[:target_name]*]]? 
                          [, cond  = “expr”]?

Обмін даними між codelets

Типи та розміри всіх зіставлених аргументи повинні бути ідентичними.

Директива map відображає кілька аргументів на пристрої. 

#pragma hmpp <grp_label>  map, args[arg_items]

Ця директива дуже схожа на map за винятком того, що аргументи, які будуть зіставлені визначаються по їменам. Директива mapbyname є еквівалентом кількох директив map .

#pragma hmpp <grp_label> mapbyname [,variableName]+

Глобальні змінні 

Директива resident оголошує деякі змінні як глобальні всередині групи. Ці змінні можуть бути доступні безпосередньо з будь-якого codelet, що належить до групи. Ця директива застосовується до оператора оголошення тільки наступною за ним в вихідному коді.

Синтаксис цієї директиви:  #pragma hmpp "/span>grp_label<span style="color:#339933;"" resident

               [, args[::var_name].io=[[in|out|inout]]*
               [, args[::var_name].size={dimsize[,dimsize]*}]*
               [, args[::var_name].addr="expr"]*
               [, args[::var_name].const=true]*

Позначення ::var_name з префіксом ::означає, що змінна програми оголошена як resident.

Прискорення регіонів 

Region це злиття директив codelet/callsite. Мета полягає в тому, щоб уникнути реструктуризації коду для побудови codelet. Тому, всі атрибути доступні для codelet або callsite директив можуть бути використані в директивах regions .

В мові C: 

#pragma hmpp [<MyGroup>] [label] region         
                           [, args[arg_items].io=[[in|out|inout]]*
                           [, cond = "expr"]<
                           [, args[arg_items].const=true]*
                           [, target=target_name[:target_name]*]
                           [, args[arg_items].size={dimsize[,dimsize]*}]*
                           [, args[arg_items].advancedload=[[true|false]]*
                           [, args[arg_items].addr="expr"]*
                           [, args[arg_items].noupdate=true]*
                           [, asynchronous]?
                           [, private=[arg_items]]*
   {
C BLOCK STATEMENTS
   }

Зовнішні посилання

• CAPS Entreprise SAS and PathScale, Inc to Jointly Collaborate on Making HMPP a New Open Standard [Архівовано 7 жовтня 2012 у Wayback Machine.]
• How Hardware Will Shape Languages [Архівовано 13 січня 2012 у Wayback Machine.] By David Chisnall
• Code acceleration with HMPP By ICHEC (Irish Center for High-End Computing)
• Expérience de programmation avec HMPP By IRMA (Institut de Recherche Mathématique Avancée) — FORTRAN examples
• Directive-based Heterogeneous Programming — A GPU-Accelerated RTM Use Case [Архівовано 17 липня 2011 у Wayback Machine.] By TOTAL Technical and Scientific Center and CAPS Entreprise
• HMPP Port [Архівовано 20 липня 2011 у Wayback Machine.] By CEA (Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives) for PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe)

Примітки

1. Dolbeau, Romain; Bihan, Stéphane; Bodin, François (4 October 2007). HMPP: A Hybrid Multi-core Parallel Programming Environment [Архівовано 16 січня 2014 у Wayback Machine.] . Workshop on General Purpose Processing on Graphics Processing Units [Архівовано 23 вересня 2011 у Wayback Machine.]. Retrieved 14 January 2014.