Μεθοδολογίες μεταγλώττισης σε επαναπροσδιοριζόμενα συστήματα αρχιτεκτονικών πίνακα.
Authors: Γεωργιόπουλος Σταύρος 
Published: August 2021

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής εστιάζεται στην ανάπτυξηαποδοτικών τεχνικών μεταγλώττισης για επαναπροσδιοριζόμενα ολοκληρωμένασυστήματα αρχιτεκτονικών πίνακα. Χρησιμοποιήθηκαν εφαρμογές που κυριαρχούνταιαπό δεδομένα για τον έλεγχο των μεθοδολογιών. Σκοπός είναι να βελτιστοποιηθεί ηεκτέλεση των εφαρμογών ως προς χαρακτηριστικά των επαναπροσδιοριζόμενωνσυστημάτων όπως η απόδοση, ο αριθμός εντολών ανά κύκλο ρολογιού, η επιφάνειαολοκλήρωσης και ο βαθμός χρησιμοποίησης των επεξεργαστικών πόρων. Αυτόεπιτυγχάνεται με την εισαγωγή πρωτότυπων τεχνικών χαρτογράφησης αλλά και τηνεύρεση βέλτιστων αρχιτεκτονικών.Στο πρώτο τμήμα της διατριβής υλοποιήθηκε η έρευνα, ανάπτυξη καιαυτοματοποίηση τεχνικών μεταγλώττισης για επαναπροσδιοριζόμενα συστήματααρχιτεκτονικών πίνακα. Κύριο χαρακτηριστικό αυτών των αρχιτεκτονικών είναιύπαρξη μεγάλου αριθμού επεξεργαστικών στοιχείων που δουλεύουν παράλληλα μεαποτέλεσμα να επιταχύνουν την εκτέλεση εφαρμογών που εμφανίζουν παραλληλίαπράξεων. Η λειτουργία τους σε ενσωματωμένα συστήματα είναι αυτή ενόςσυνεπεξεργαστή.Η έρευνα πάνω σε επαναπροσδιοριζόμενες αρχιτεκτονικές πίνακα έχει αποκτήσειμεγάλο ενδιαφέρον λόγω της ευελιξίας, της επεκτασιμότητας και της απόδοσής τους,ιδιαίτερα σε εφαρμογές που κυριαρχούνται από δεδομένα. Η μεταγλώττιση, όμως,εφαρμογών πάνω σε αυτές χαρακτηρίζεται από υψηλή πολυπλοκότητα. Απαιτούνταικατάλληλα εργαλεία και ειδικές μεθοδολογίες χαρτογράφησης για την εκμετάλλευσητων χαρακτηριστικών αυτών των αρχιτεκτονικών. Με αυτό το σκεπτικό, προτάθηκε μιαπρωτότυπη επαναστοχεύσιμη μεθοδολογία χαρτογράφησης εφαρμογών, η οποίαεπιπλέον έχει αυτοματοποιηθεί με τη χρήση ενός πρότυπου εργαλείου μεταγλώττισηςπου στοχεύει σε ένα αρχιτεκτονικό παραμετρικό πρότυπο. Αποτέλεσμα ήταν η εύρεση των βέλτιστων αρχιτεκτονικών με βάσει την απόδοση, τον αριθμό των εντολών ανάκύκλο ρολογιού και το χρόνο εκτέλεσης του εργαλείου, για μια ομάδα εφαρμογών.Η αποδοτικότητα μιας επαναπροσδιοριζόμενης αρχιτεκτονικής πίνακα ως προς τηνταχύτητα και το κόστος σε υλικό είναι δύσκολο να μετρηθεί, για αυτό έχουν υπάρξειλίγες έρευνες που μελετούν την επίδραση αρχιτεκτονικών παραμέτρων πάνω σεπαράγοντες όπως η επιφάνεια ολοκλήρωσης και ο αριθμός εντολών ανά κύκλορολογιού. Επιπλέον, καμιά εργασία δεν έχει εξετάσει την επίδραση πολλαπλασιαστώνενσωματωμένων στα επεξεργαστικά στοιχεία των επαναπροσδιοριζόμενωναρχιτεκτονικών. Χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα επαναστοχεύσιμη μεθοδολογίαμεταγλώττισης και μια παραμετρική υλοποίηση της αρχιτεκτονικής σε γλώσσαπεριγραφής υλικού, εξετάζουμε την επίδραση των πολλαπλασιαστών από τη μεριά τηςχαρτογράφησης και της αρχιτεκτονικής.Επίσης, περιγράφεται η πρωτότυπη μεθοδολογία χαρτογράφησης που εισήχθη μεσκοπό την αποδοτική λειτουργία του αλγορίθμου Fast Fourier Transform (FFT) πάνωσε επαναπροσδιοριζόμενα συστήματα αρχιτεκτονικών πίνακα. Ο αλγόριθμος FFTχαρακτηρίζεται από μεγάλο αριθμό πράξεων κυρίως πολλαπλασιασμών πουεπιβραδύνουν την απόδοση μιας επαναπροσδιοριζόμενης αρχιτεκτονικής.Εκμεταλλευόμενοι την ύπαρξη εσωτερικής επαναληπτικής δομής μέσα στον αλγόριθμοκαι χρησιμοποιώντας μια επαναπροσδιοριζόμενη αρχιτεκτονική 16 επεξεργαστικώνστοιχείων, αναπτύξαμε μια πρωτότυπη τεχνική χαρτογράφησης. Επιπρόσθετα, ητεχνική μας λαμβάνει υπόψη την ιεραρχία μνήμης μεταξύ κύριας μνήμης καιεπαναπροσδιοριζόμενης αρχιτεκτονικής για την περαιτέρω επιτάχυνση εκτέλεσης τουαλγορίθμου FFT. Η χρήση της προτεινόμενης τεχνικής χαρτογράφησης οδηγεί σεεπίτευξη βαθμού χρησιμοποίησης των επεξεργαστικών στοιχείων άνω του 90%, τιμήπου είναι τουλάχιστον 37% υψηλότερη από την καλύτερη τιμή της βιβλιογραφίας.