バイナリレベル複数スレッド化による計算機の高速化に関する研究

二进制级多线程计算机加速研究

• 批准号: 14780186
• 负责人: 大津 金光
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Utsunomiya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780186/
• 关键词: バイナリ変換; マルチスレッド化処理; 実行時最適化; 投機実行; スレッドパイプライニング

本年度は、研究計画に従い、単一スレッドコードを複数スレッドコードへバイナリレベルで自動変換することでプログラムを高速化するソフトウェア最適化システムのプロトタイプ開発を継続して行なった。システムの開発上必要不可欠な要素技術である、プログラムのバイナリレベルでの詳細解析手法や解析結果を活用した高性能な複数スレッドコード生成手法の両面から開発を進めた。プログラムのバイナリレベルでの詳細解析手法については、昨年度に「バイナリレベル変数解析手法」の開発を行なっているが、本手法による解析結果を用いて複数スレッドコードを生成する場合に解析内容が実際と合致しているかを実行時に確認する処理が必要となる。本年度はこの実行時チェックコードの効率の良い実装方法について検討を行なった。高性能な複数スレッドコード生成手法については、スレッド間依存データに着目した手法の検討を行なった。複数スレッド実行において性能を落とす大きな要因はスレッド間の依存、特にスレッド間依存データの存在である。このスレッド間依存データについてその値の予測可能性を調査し、予測しやすいデータ値については値を予測した上で、本来は同期処理を行なう場合においても処理を前もって行なえるようにすることで大幅な高速化を達成する「データ投機実行手法」の検討を継続して行なった。また、予測可能性が高くないデータについては、スレッド間依存とならないように可能な限り同一スレッド内で処理を行なうようにスレッドの分割を考慮する「データ依存に着目したスレッド分割手法」の検討を行なった。それぞれの複数スレッドコード生成手法についてSPEC95およびSPEC2000ベンチマークを対象としてバイナリコード変換を行なった評価を行ない、その有効性について評価を行なった。本研究に関連して、実行中のプログラムの挙動を正確に把握するために「パスプロファイリング手法」の有効性と問題点の検討を行なった論文"実行時最適化に向けたソフトウェア・パスプロファイリング手法の検討"の電子情報通信学会論文誌(D1)への採録が決定した。また、バイナリレベル変数解析手法における成果を"A Methodology of Binary-Level Variable Analysis for Multithreading"のタイトルで、国際会議"16th IASTED International Conference on Parallel and Distributed Computing and Systems (PDCS 2004)"において発表を行なった。また、昨年度の出願特許「自己最適化演算装置」を"Self-Optimizing Computer System"として米国特許として出願した。

今年，按照研究计划，我们继续开发软件优化系统的原型，通过在二进制级别自动将单线程代码转换为多线程代码来加速程序。我们继续开发了程序二进制级别的详细分析方法和利用分析结果的高性能多线程代码生成方法，这是系统开发必不可少的基础技术。关于程序二进制层面的详细分析方法，我们去年开发了一种“二进制级别变量分析方法”，但是利用该方法的分析结果生成多线程代码时，分析的内容与实际结果不符需要在运行时进行处理以检查它们是否匹配。今年，我们研究了该运行时检查代码的有效实现方法。关于高性能多线程代码生成方法，我们研究了一种专注于线程间依赖数据的方法。多线程执行中降低性能的一个主要因素是线程之间的依赖，尤其是线程间依赖数据的存在。我们研究这种线程间依赖数据的值的可预测性，预测容易预测的数据值的值，并且使得即使在通常执行同步处理的情况下也可以提前执行处理我们继续研究实现高速的“数据推测执行方法”。另外，对于可预测性不高的数据，可以考虑采用“注重数据依赖的线程划分方法”，即考虑线程划分尽可能在同一个线程内进行处理，以避免线程间依赖。 。我们通过在 SPEC95 和 SPEC2000 基准上执行二进制代码转换来评估每种多线程代码生成方法，并评估其有效性。与这项研究相关的论文“运行时优化的软件路径分析方法”研究了“路径分析方法”的有效性和问题，以便准确地理解正在运行的程序的行为。 of the Future》将被收录在电子信息通信工程师协会期刊（D1）中。他还在第 16 届 IASTED 国际并行和分布式计算与系统会议 (PDCS 2004) 上发表了题为“多线程二进制级变量分析方法”的二进制级变量分析方法的研究成果。此外，去年提交的“自我优化计算设备”专利申请已作为“自我优化计算机系统”作为美国专利申请。

项目成果

服部晃和, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "大規模グリッド向けフォールトトレラントシステムEagleの提案"先進的計算基盤システムシンポジウムSACSIS2003論文集. 185-186 (2003)

Akikazu Hattori、Furukawa Furukawa、Kanemitsu Otsu、Takashi Yokota、Takanobu Baba：“Eagle 的提案，大规模网格的容错系统”高级计算基础设施系统研讨会 SACSIS 2003 论文集。185-186 (2003)

鈴木圭介, 多田野陽介, 乗貞由華, 古川文人, 大津金光, 横田隆史, 馬場敬信: "投機的にコヒーレンス制御を行うDSMシステムの性能評価"情報処理学会第65回全国大会3ZA-2. (2003)

(2003)

Design Considerations of a Meta-Level Optimizing Computer System, Workshop on Reconfigurable Systems for HPC (RHPC)

元级优化计算机系统的设计考虑，HPC 可重构系统研讨会 (RHPC)

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proc. of the Seventh International Conference on High Performance Computing and Grid in Asia Pacific Region (HPCAsia '04)
• 作者: F.Furukawa;M.Saito;G.Ishihara;K.Ootsu;T.Yokota;T.Baba
• 通讯作者: T.Baba

A Methodology of Binary-Level Variable Analysis for Multithreading

多线程二进制变量分析方法

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proc. 16th IASTED International Conference on Parallel and Distributed Computing and Systems
• 作者: T.Satou;K.Ootsu;A.Tsukikawa;T.Yokota;T.Baba
• 通讯作者: T.Baba

マルチスレッド化のためのホットループ検出手法の検討

多线程热循环检测方法研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: 情報処理学会 第67回全国大会講演論文集 1
• 作者: 井場徹;大津金光;横田隆史;馬場敬信
• 通讯作者: 馬場敬信