SHF: Small: Data Movement Complexity: Theory and Optimization
SHF:小型:数据移动复杂性:理论与优化
基本信息
- 批准号:2217395
- 负责人:
- 金额:$ 57.15万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-07-01 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
As computing becomes more powerful, memory is larger and more complex, and data movement increasingly a major source of cost in both time and energy. However, the measurement problem is not well solved. Programmers have to run a program on a machine to measure data movement. After measuring, they are often left with a set of numbers with unclear relationships between them. In parallel executions, the results are also not reproducible. This research first develops an abstract measure of the memory cost called Data Movement Distance (DMD). In addition, it creates a theory of data movement complexity, which can be used for effective program and algorithmic optimization. Programming technology should ensure software portability; therefore modern software does not program data movement explicitly. With the new theory, the cost of data movement is precisely quantified, and the greater precision enables new software optimization to more effectively reduce this cost. Since the new measure is abstract and not machine-specific, the new optimization is machine-agnostic and therefore portable. In the last part, the research develops multiple optimization techniques based on the new theory. By focusing on reducing the cost of data movement, this research targets the cause of the most energy consumption on modern computers, data centers, and computing infrastructure in general. Reducing the energy consumed by computing is urgently needed in response to accelerating climate change. This research develops an abstract measure of the memory cost called Data Movement Distance (DMD). Memory complexity is measured by DMD in the same way time complexity is by the operation count. The research has three parts. The first is DMD complexity analysis, which is both symbolic and asymptotic. DMD is complexity without Big-O. When comparing algorithms, DMD complexity discerns precise constant-factor differences between DMDs. The second is parallel locality analysis for use by loop parallelization. Cache performance has long been a problem both fundamental in understanding the limit of parallel computing and important in practice. The new analysis is used for auto-scaling of parallel code. While auto-parallelization saves the programming effort in creating portable parallel code, auto-scaling saves the testing and tuning time in obtaining portable parallel performance. Finally, two other program-optimization techniques are developed: safe structure splitting in Rust and program symbiosis to improve performance in the shared cache. When used together, these techniques let algorithm and program design target abstract data movement at different levels, all measured by DMD, and hence enable machine-agnostic joint optimization across software layers.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.
随着计算变得越来越强大,内存变得越来越大,越来越复杂,数据移动越来越成为时间和能源成本的主要来源。 然而,测量问题并没有得到很好的解决。 程序员必须在机器上运行程序来测量数据移动。 在测量之后,他们往往只剩下一组数字,它们之间的关系不清楚。 在并行执行中,结果也不可重现。 本研究首先提出一个抽象的内存开销度量,称为数据移动距离(DMD)。 此外,它还创建了一个数据移动复杂性理论,可用于有效的程序和算法优化。 编程技术应该确保软件的可移植性,因此现代软件不会显式地编程数据移动。 有了新的理论,数据移动的成本被精确量化,更高的精度使新的软件优化能够更有效地降低这一成本。 由于新的度量是抽象的,而不是特定于机器的,因此新的优化是机器不可知的,因此是可移植的。 最后,在新理论的基础上,发展了多种优化技术。 通过专注于降低数据移动的成本,这项研究的目标是现代计算机,数据中心和计算基础设施的大部分能源消耗的原因。 为了应对气候变化的加速,迫切需要减少计算所消耗的能源。这项研究开发了一种抽象的内存成本测量方法,称为数据移动距离(DMD)。 内存复杂度是用DMD来衡量的,就像时间复杂度是用操作计数来衡量的一样。 研究分为三个部分。 第一个是DMD复杂度分析,它既是符号的,又是渐近的。 DMD是没有Big-O的复杂性。 在比较算法时,DMD复杂度可以精确地识别DMD之间的常数因子差异。 第二个是用于循环并行化的并行局部性分析。 高速缓存性能一直是理解并行计算极限的基础问题,也是实践中的重要问题。 新的分析用于并行代码的自动缩放。 虽然自动并行化在创建可移植并行代码时节省了编程工作量,但自动缩放在获得可移植并行性能时节省了测试和调优时间。 最后,开发了另外两种程序优化技术:Rust中的安全结构分割和程序共生,以提高共享缓存的性能。 当这些技术结合使用时,可以让算法和程序设计在不同层次上实现抽象数据移动,所有这些都由DMD测量,从而实现跨软件层的与机器无关的联合优化。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识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)
Cache-coherent CLAM (WIP)
缓存一致性 CLAM (WIP)
- DOI:10.1145/3519941.3535073
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Ding, Chen;Reber, Benjamin;Patru, Dorin
- 通讯作者:Patru, Dorin
Blast from the Past: Least Expected Use (LEU) Cache Replacement with Statistical History
- DOI:10.1145/3591195.3595267
- 发表时间:2023-06
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Sayak Chakraborti;Zhizhou Zhang;Noah Bertram;C. Ding;S. Dwarkadas
- 通讯作者:Sayak Chakraborti;Zhizhou Zhang;Noah Bertram;C. Ding;S. Dwarkadas
Cache Programming for Scientific Loops Using Leases
使用租约对科学循环进行缓存编程
- DOI:
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:1.6
- 作者:Reber, Benjamin;Gould, Matthew;Kneipp, Alexander H.;Liu, Fangzhou;Prechtl, Ian;Ding, Chen;Chen, Linlin;Patru, Dorin
- 通讯作者:Patru, Dorin
Beyond time complexity: data movement complexity analysis for matrix multiplication
- DOI:10.1145/3524059.3532395
- 发表时间:2022-03
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Wesley Smith;Aidan Goldfarb;C. Ding
- 通讯作者:Wesley Smith;Aidan Goldfarb;C. Ding
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Chen Ding其他文献
Stretched-pulse fiber laser mode-locked by PbS quantum dots
PbS 量子点锁模拉伸脉冲光纤激光器
- DOI:
10.1016/j.optlastec.2022.107991 - 发表时间:
2022 - 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:
Han Cui;Hancheng Zhang;Chen Ding;Yongqi Ding;Yi Ju;Xiaoqing Ma;Dengyun Lu;Ling Yun;Kehan Yu;Wei Wei - 通讯作者:
Wei Wei
Structural Color Fibers Directly Drawn from Colloidal Suspensions with Controllable Optical Properties
直接从胶体悬浮液中提取的具有可控光学性能的结构彩色纤维
- DOI:
10.1021/acsami.8b21070 - 发表时间:
2019 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Wei Yuan;Qingsong Li;Zhou Ning;Suming Zhang;Chen Ding;Lei Shi;Ke-Qin Zhang - 通讯作者:
Ke-Qin Zhang
Hepatitis Delta Virus Delta Antigens Forms and the Phosphorylated Residues of Characterization of the Phosphorylated
丁型肝炎病毒 Delta 抗原形式和磷酸化残基的表征
- DOI:
- 发表时间:
2013 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Chen Ding;Chen Pei;J. Mu;Huiliang Wu;B. Chiang - 通讯作者:
B. Chiang
Listening and Speaking for Real-World Communication: What Teachers Do and What Students Learn From Classroom Assessments
真实世界交流的听力和口语:教师所做的事情以及学生从课堂评估中学到的东西
- DOI:
10.1177/21582440211009163 - 发表时间:
2021 - 期刊:
- 影响因子:2
- 作者:
Melissa H. Yu;B. Reynolds;Chen Ding - 通讯作者:
Chen Ding
Determination of 90Sr in different matrices via ion-exchange chromatography and LSC
离子交换色谱和LSC 测定不同基质中的90Sr
- DOI:
- 发表时间:
2022 - 期刊:
- 影响因子:1.6
- 作者:
Ping Xu;Chen Ding;Guo;Zhi Chen - 通讯作者:
Zhi Chen
Chen Ding的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Chen Ding', 18)}}的其他基金
Collaborative Research: SHF: Small: Programmable Hierarchical Caches: Design, Programming, and Prototyping
合作研究:SHF:小型:可编程分层缓存:设计、编程和原型设计
- 批准号:
2114319 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
CNS Core:Small: Prescriptive Software Caching Using Leases
CNS Core:Small:使用租用的规范性软件缓存
- 批准号:
1909099 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
SHF:Small: Optimization of Parallel and Shared Cache Memory using the Footprint Theory
SHF:Small:使用足迹理论优化并行和共享缓存内存
- 批准号:
1717877 - 财政年份:2017
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
XPS: EXPL: Write Locality Theory and Optimization for Hybrid Memory
XPS:EXPL:混合内存的写入局部性理论和优化
- 批准号:
1629376 - 财政年份:2016
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
CSR: Small: Safe Parallelization in a Dynamic Language
CSR:小:动态语言中的安全并行化
- 批准号:
1319617 - 财政年份:2013
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
SHF: Small: Footprint Models and Techniques for Multi-core Cache Management
SHF:小型:多核缓存管理的占用空间模型和技术
- 批准号:
1116104 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: CSR-PSCE, SM: Adaptive Memory Management in Shared Environments
合作研究:CSR-PSCE、SM:共享环境中的自适应内存管理
- 批准号:
0834566 - 财政年份:2008
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Continuing Grant
CSR-AES: Collaborative Research: Behavior-Based Speculative Parallelization and Optimization on Desktop Multiprocessors
CSR-AES:协作研究:桌面多处理器上基于行为的推测并行化和优化
- 批准号:
0720796 - 财政年份:2007
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Continuing Grant
CSR---AES: Program Phase Detection and Exploitation
CSR---AES:程序相位检测和利用
- 批准号:
0509270 - 财政年份:2005
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Continuing Grant
CAREER: Compiler-Assisted Data Adaptation
职业:编译器辅助数据适应
- 批准号:
0238176 - 财政年份:2003
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Continuing Grant
相似国自然基金
密集场景下的多模态高维密度分析与小目标检测方法研究
- 批准号:QN25F020074
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
AI和质谱驱动的小分子未知代谢物解析技术
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
多模态遥感数据信息协同的海上小目标
识别方法研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:10.0 万元
- 项目类别:省市级项目
多任务深度学习融合多模态数据术前精准预测IA期非小细胞肺癌亚肺叶切除术复发风险
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
小微企业金融科技借贷的产品创新与普惠机理:票税数据与传统征信的数据协同视角
- 批准号:
- 批准年份:2024
- 资助金额:万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于多源数据融合的桔小实蝇虫害态势感知与防控决策方法研究
- 批准号:2024JJ7374
- 批准年份:2024
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于政务大数据的数字金融平台对小微企业信贷的微观影响和宏观启示
- 批准号:72403151
- 批准年份:2024
- 资助金额:万元
- 项目类别:青年科学基金项目
多源数据驱动下基于可解释机器学习的小微企业信用分险评估研究
- 批准号:
- 批准年份:2024
- 资助金额:万元
- 项目类别:青年科学基金项目
面向多模态数据融合的疾病与环状RNA和小RNA复杂联系预测
- 批准号:
- 批准年份:2024
- 资助金额:15.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于复杂抽样和时空效应下卫生服务调查数据的小域估计方法研究
- 批准号:82304238
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似海外基金
SHF: Small: Modular Automated Verification of Concurrent Data Structures
SHF:小型:并发数据结构的模块化自动验证
- 批准号:
2304758 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Scalable and Extensible I/O Runtime and Tools for Next Generation Adaptive Data Layouts
协作研究:SHF:小型:可扩展和可扩展的 I/O 运行时以及下一代自适应数据布局的工具
- 批准号:
2401274 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
SHF: Small: CT-DDS -- Scalable Concolic Testing of Parallel Applications With Shared Dynamic Data Structures
SHF:小型:CT-DDS——具有共享动态数据结构的并行应用程序的可扩展 Concolic 测试
- 批准号:
2226448 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
SHF: Small: Methods, Workflows, and Data Commons for Reducing Training Costs in Neural Architecture Search on High-Performance Computing Platforms
SHF:小型:降低高性能计算平台上神经架构搜索训练成本的方法、工作流程和数据共享
- 批准号:
2223704 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Scalable and Extensible I/O Runtime and Tools for Next Generation Adaptive Data Layouts
协作研究:SHF:小型:可扩展和可扩展的 I/O 运行时以及下一代自适应数据布局的工具
- 批准号:
2221811 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Data-Driven Lemma Synthesis for Interactive Proofs
协作研究:SHF:小型:交互式证明的数据驱动引理合成
- 批准号:
2220891 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
SHF: Small: Towards High Performance Serverless Edge Computing for Data-intensive Applications
SHF:小型:面向数据密集型应用程序的高性能无服务器边缘计算
- 批准号:
2230620 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Scalable and Extensible I/O Runtime and Tools for Next Generation Adaptive Data Layouts
协作研究:SHF:小型:可扩展和可扩展的 I/O 运行时以及下一代自适应数据布局的工具
- 批准号:
2221812 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
SHF: Small: Ubiquitous and Transparent Near-data Computing for General Purpose Processors
SHF:小型:通用处理器的无处不在且透明的近数据计算
- 批准号:
2200831 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Data-Driven Lemma Synthesis for Interactive Proofs
协作研究:SHF:小型:交互式证明的数据驱动引理合成
- 批准号:
2220892 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 57.15万 - 项目类别:
Standard Grant