Program Optimization with Data-Specific Compilation

通过特定于数据的编译来优化程序

基本信息

  • 批准号:
    2009020
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-07-01 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Irregular data structures, as exemplified with sparse matrices, are essential in modern computing: they are central in numerous scientific applications, ranging from physics simulation to graph processing. A key challenge is to deliver high-performance implementations for computations on irregular structures, which typically use additional arrays to store explicitly the coordinates of non-zero elements in the structure. The project's novelties address the next opportunity for code customization by developing a new kind of data-specific compilation approach that is customized to the unique sparsity pattern in the input data structures. This project designs and fully automates data-specific compilation techniques that can discover and exploit hidden regularity in sparse structures, reducing the development cost to produce high-performance implementations. The project's impacts also include novel theoretical results and practical algorithms to model irregular data structures as a union of (piecewise-)regular structures, exploiting this representation for increased application performance. In machine learning, sparsely connected neural networks can directly benefit from this data-specific compilation approach, enabling the development of improved inference implementations for deep networks.Specifically, the project develops new theory and algorithms to represent sparse data structures using unions of hierarchical polyhedra: the list of non-zero coordinates can be compressed into specialized and more compact affine functions that, when evaluated, would generate exactly the input list of coordinates. The investigators target a range of different hardware accelerators based on SIMD engine principles, and facilitate performance portability by using cost-driven yet machine-independent algorithms to search for optimized implementations. Tools produced are made publicly available as open-source BSD-licensed software.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.
以稀疏矩阵为例的不规则数据结构在现代计算中至关重要:它们是从物理模拟到图形处理等众多科学应用的核心。一个关键的挑战是为不规则结构的计算提供高性能实现,通常使用额外的数组来显式存储结构中非零元素的坐标。该项目的新颖之处在于,通过开发一种新型的特定于数据的编译方法,针对输入数据结构中的独特稀疏模式进行定制,解决了代码定制的下一个机会。该项目设计并完全自动化了特定于数据的编译技术,可以发现和利用稀疏结构中隐藏的规律性,从而降低产生高性能实现的开发成本。该项目的影响还包括新颖的理论结果和实用算法,将不规则数据结构建模为(分段)规则结构的联合,利用这种表示来提高应用程序性能。在机器学习中,稀疏连接的神经网络可以直接受益于这种特定于数据的编译方法,从而能够开发改进的深度网络推理实现。具体来说,该项目开发了新的理论和算法来使用分层多面体的并集来表示稀疏数据结构:非零坐标列表可以压缩为专门的、更紧凑的仿射函数,在评估时,将准确生成输入 坐标列表。研究人员针对基于 SIMD 引擎原理的一系列不同硬件加速器,并通过使用成本驱动但独立于机器的算法来搜索优化实现来促进性能可移植性。所生产的工具作为 BSD 许可的开源软件向公众开放。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(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Custom High-Performance Vector Code Generation for Data-Specific Sparse Computations
MARTA: Multi-configuration Assembly pRofiler and Toolkit for performance Analysis
MARTA:用于性能分析的多配置装配配置文件和工具包
FOURST: A code generator for FFT-based fast stencil computations
第四:用于基于 FFT 的快速模板计算的代码生成器
Representing Integer Sequences Using Piecewise-Affine Loops
使用分段仿射循环表示整数序列
  • DOI:
    10.3390/math9192368
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Rodríguez, Gabriel;Pouchet, Louis-Noël;Touriño, Juan
  • 通讯作者:
    Touriño, Juan
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Louis-Noel Pouchet其他文献

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CAREER: Staging Compilers for Heterogeneous Platforms
职业:异构平台的暂存编译器
  • 批准号:
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    $ 44.99万
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    $ 44.99万
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SHF:Small:Scalable Scheduling for Program Transformations in Heterogeneous Computing
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  • 资助金额:
    $ 44.99万
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    Standard Grant

相似国自然基金

Scalable Learning and Optimization: High-dimensional Models and Online Decision-Making Strategies for Big Data Analysis
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  • 资助金额:
    $ 44.99万
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    Standard Grant
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  • 批准号:
    2234032
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 44.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Optimization of monitoring, prediction and phenotyping of deterioration of inhospital patients using machine learning and multimodal real time data
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  • 批准号:
    10735863
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 44.99万
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 44.99万
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    Operating Grants
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  • 批准号:
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    2023
  • 资助金额:
    $ 44.99万
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    Standard Grant
Collaborative Research: MoDL: Graph-Optimized Cellular Connectionism via Artificial Neural Networks for Data-Driven Modeling and Optimization of Complex Systems
合作研究:MoDL:通过人工神经网络进行图优化的细胞连接,用于复杂系统的数据驱动建模和优化
  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 44.99万
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    Standard Grant
Collaborative Research: SWIFT: Data Driven Learning and Optimization in Reconfigurable Intelligent Surface Enabled Industrial Wireless Network for Advanced Manufacturing
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 44.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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