科学技術アプリケーションのメニーコア環境対応を支援する自動最適化フレームワーク

本研究課題の当初の研究計画では、(1年目)：メニーコアプロセッサにおける性能最適化モデルの構築、(2年目)：メモリ階層間のデータ移動・データ構造の変更を行う仕組みの構築、(3年目)：性能最適化モデルに基づく自動最適化フレームワークの構築、という計画であったが、本来3年目に行う予定であった自動最適化フレームワークの基盤作りを初年度は主に行った。また、初年度のうちに2年目に計画していた「データ構造の変更を行う仕組み」の構築の大部分が完了しており、本フレームワークの有効性を確認していた。そこで本年度は、主に実際のアプリケーションへの適用評価を進めた。本研究でのフレームワークは、独自の最適化用拡張構文を含むOpenACCプログラムを入力とし、拡張構文を含まないOpenACCプログラムを出力する、ソース-to-ソースのコンパイラフレームワークとして実装しているが、実アプリケーションへの適用評価の初期段階として、まずはフレームワークを用いず手動で実装することで参照実装を作成した。これにより、データ構造の変更を行うことで2倍程度の性能向上が得られる代わりに、アプリケーションによってはプログラムの十数%を書き換える必要が生じた。これらのアプリケーションに対し独自の拡張構文を適用し、フレームワークを用いての高速化を試みた。しかし初年度に作成したフレームワークは拡張構文のデザイン上、人手による参照実装と全く同じプログラムは生成できず、プログラム実行時にデータ構造を変更するが、そのオーバーヘッドが想定より大きくなることがわかった。そこで本年はこれら評価結果をもとに、フレームワークの最適化実装に注力した。現在ではオーバーヘッドは隠蔽できる程度に小さくなっており、アプリケーションの高速化が期待できる。今後は様々なメニーコアプロセッサ向けに最適化・評価を進める予定である。

本研究課題の当初の研究計画では、(1年目)：メニーコアプロセッサにおける性能最適化モデルの構築、(2年目)：メモリ階層間のデータ移動・データ構造の変更を行う仕組みの構築、(3年目)：性能最適化モデルに基づく自動最適化フレームワークの構築、という計画であったが、本来3年目に行う予定であった自動最適化フレームワークの基盤作りを初年度は主に行った。また、初年度のうちに2年目に計画していた「データ構造の変更を行う仕組み」の構築の大部分が完了しており、本フレームワークの有効性を確認していた。そこで本年度は、主に実際のアプリケーションへの適用評価を進めた。本研究でのフレームワークは、独自の最適化用拡張構文を含むOpenACCプログラムを入力とし、拡張構文を含まないOpenACCプログラムを出力する、ソース-to-ソースのコンパイラフレームワークとして実装しているが、実アプリケーションへの適用評価の初期段階として、まずはフレームワークを用いず手動で実装することで参照実装を作成した。これにより、データ構造の変更を行うことで2倍程度の性能向上が得られる代わりに、アプリケーションによってはプログラムの十数%を書き換える必要が生じた。これらのアプリケーションに対し独自の拡張構文を適用し、フレームワークを用いての高速化を試みた。しかし初年度に作成したフレームワークは拡張構文のデザイン上、人手による参照実装と全く同じプログラムは生成できず、プログラム実行時にデータ構造を変更するが、そのオーバーヘッドが想定より大きくなることがわかった。そこで本年はこれら評価結果をもとに、フレームワークの最適化実装に注力した。現在ではオーバーヘッドは隠蔽できる程度に小さくなっており、アプリケーションの高速化が期待できる。今後は様々なメニーコアプロセッサ向けに最適化・評価を進める予定である。