CAREER: Type-Driven Heterogeneous Programming

职业:类型驱动的异构编程

基本信息

  • 批准号:
    1845952
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Computer hardware is becoming more heterogeneous: systems from smartwatches to datacenters augment traditional CPUs with Graphics Processing Units (GPUs), Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), and single-application accelerators for efficiency. The programming tools for these heterogeneous systems, however, are lagging behind. Each new computing technology comes with a new special-purpose programming model or a best-effort attempt to compile legacy programming languages like 'C'. This project designs systems that bridge the semantic gap between application semantics and hardware constraints. The project's novelties are type-driven approaches to balancing productivity with control over low-level performance details. The project's impacts are new programming languages for heterogeneous systems that avoid the usability pitfalls of best-effort C-language compilation, expose system-level concerns that dictate performance, and enable cross-device compiler optimizations. The project further seeks to include broadening access to education and research through interactive online lessons that target programming for heterogeneous architectures; creating a series of seminars aimed at increasing engagement in undergraduate research; and running workshops at computer architecture conferences for broadening participation of and mentoring of undergraduate and graduate students. This project focuses on two main approaches. The first approach lifts the latent constraints in one-off compilers for heterogeneous architectural backends into an intelligible type system. It addresses high-level synthesis (HLS) compilers for FPGAs, which attempt to translate a loosely-defined subset of C or C++ to hardware. The project aims to guarantee that well-typed programs have a realizable hardware implementation. The second approach embeds a higher level of abstraction into the type system for low-level computations to prevent bugs and enable new compiler optimizations. It focuses on linear algebra computations on GPUs. Such computations entangle abstract algebraic properties with low-level code. A new type system combines abstract types describing the linear algebra behavior with concrete types describing the GPU execution. The combined type system avoids subtle bugs and lets the compiler automatically generate correct-by-construction manipulations of linear algebra structures such as vector spaces.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
计算机硬件变得越来越异构:从智能手表到嵌入式系统,传统CPU都增加了图形处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)和单应用加速器,以提高效率。然而,这些异构系统的编程工具却落后了。每一种新的计算技术都伴随着一种新的专用编程模型,或者是尽最大努力编译像“C”这样的传统编程语言。这个项目设计的系统,桥接应用程序语义和硬件约束之间的语义差距。该项目的新颖之处是类型驱动的方法,以平衡生产力和对低级别性能细节的控制。该项目的影响是用于异构系统的新编程语言,避免了尽力而为的C语言编译的可用性陷阱,暴露了决定性能的系统级问题,并实现了跨设备编译器优化。该项目还寻求通过针对异构架构编程的互动式在线课程扩大教育和研究的机会;创建一系列旨在增加本科生研究参与的研讨会;并在计算机架构会议上举办研讨会,以扩大本科生和研究生的参与和指导。该项目侧重于两个主要方法。第一种方法将异构体系结构后端的一次性编译器中的潜在约束提升到可理解的类型系统中。它解决了FPGA的高级综合(HLS)编译器,试图将C或C++的松散定义的子集转换为硬件。该项目旨在保证良好类型的程序具有可实现的硬件实现。第二种方法将更高级别的抽象嵌入到类型系统中进行低级计算,以防止错误并启用新的编译器优化。它专注于GPU上的线性代数计算。这样的计算将抽象的代数性质与低级代码纠缠在一起。一个新的类型系统结合了描述线性代数行为的抽象类型和描述GPU执行的具体类型。组合的类型系统避免了细微的错误,并让编译器自动生成线性代数结构(如向量空间)的正确构造操作。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A compiler infrastructure for accelerator generators
加速器生成器的编译器基础设施
A Synthesis-Aided Compiler for DSP Architectures (WiP Paper)
DSP 架构的综合辅助编译器(WiP 论文)
Predictable Accelerator Design with Time-Sensitive Affine Types
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Software-Defined Vector Processing on Manycore Fabrics
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知道了