본 논문에서는 루프구조의 효율적인 병렬수행을 위한 병렬성 추출에 대하여 불변과 가변 종속거리에 모두적용할 수 있는 통합된 새로운 기법을 제시한다. 이것은 컴파일시간에 순차 루프를 중첩된 DOALL 루프로의 자동 변환에 대한 절차로서, 중첩 루프의 전체적인 병렬화를 하기 위하여 문장들을 반복적으로 수행시키는 것에 의해서 자료 종속을 효과적으로 제거하는 알고리즘이다. 본 논문에 제시된 방법은 성능평가에서도 매우 뛰어난 방법임을 보였다.
Id 언어와 같은 함수형 언어의 중천루프에 포함된 미세한 수준의 대규모 병렬성을 다중스레드 구조상에서 이용하려면 프로세서뿐만 아니라, 이름공간을 위한 상당히 말은 기억공간 등의 자원이 추가로 요구된다. 이러한 병렬성을 포함하는 중첩루프론 시스템 자원 제한 없이 무분별하게 펼쳐서 실행하려고 한다면, 실행도중 기억공간의 자원의 고갈로 인하여 프로그램의 실행이 중단될 수 있다. 또한, 루프의 펼침에 따른 부담으로 인하여 프로세서의 수에 비해서 루프를 지나치게 많이 펼치는 경우에, 병렬 수행의 효과가 상당히 떨어질 수 있다. 본 논문에서는 함수형 언어의 중첩루프를 다중스레드 구조상에서 효과적으로 펼쳐서 실행할 수 있는 알고리즘을 제안하고 분석한다. 제안된 알고리즘의 특성은 주어진 중첩루프를 펼칠 시점에 프로세서 수와 기억공간의 현재 사용 가능한 시스템 자원 양에 제한하여 안전하면서도 가능한 최적으로 펼친다는데 있다.
본 논문에서는 자료종속성제거와 관련해서 선형루프변환의 새로운 이론을 제안한다. 이는 선형루프변환이 병렬성 추출의 주요한 대상이 되기 때문이다. 이러한 이유 때문에 완전한 중첩루프에서 최대의 루프 병렬성을 추출하는 방법이 제안되었다. 제안된 이론은 거리와 방향에 관계없이 종속성을 갖는 일반적인 중첩루프에 적용할 수 있다.
클러스터를 구성하는 단위 노드로 SMP가 새로운 대안으로 시장에 등장하였다. 이러한 멀티프로세서 클러스터(CLUMP)는 하나의 시스템에 다중 메모리 구조를 가지는데, CLUMP가 가지는 다중 메모리 구조를 효과적으로 사용하기 위해서 본 논문에서는 중첩된 병렬화 프로그램 모델을 제안하였다. 중첩된 병렬화 모델은 중첩된 루프 레벨의 병렬화, 중첩된 태스크 레벨의 병렬화, 그리고 다중 중첩된 병렬화로 나뉜다. 본 논문에서는 중첩된 루프 레벨의 병렬화를 실험대상으로 하여 그 성능을 평가하고 단일 메모리 구조의 병렬화 프로그램과 성능을 비교하였다. 실험 결과 시험한 중첩된 병렬화 모델이 단일 메모리 구조의 병렬화 프로그램에 비하여 좋은 성능을 나타내었지만, 실험대상이 된 루프 레벨 병렬화의 잠재적인 특징으로 인해 실행에 참여하는 노드 수가 많아질수록 성능 향상 폭이 감소하는 결과를 보였다. 프로그램의 성능 향상 폭과 확장성은 문제 크기가 클수록 좋은 특성을 보였다.
본 논문은 데이타 병렬 프로그램에서 효율적 통신을 위한 하나의 방법으로 통신과 계산 작업을 중첩하여 실행하는 모델을 제안한다. 이 중첩 모델에서는 통신 지연 시간 동안 중첩하여 수행할 계산 작업을 얻기 위해 주어진 루프 분할을 다시 세부 분할한다. 주어진 루프 분할은 다른 외부 데이타 분할을 참조하기도 하지만, 루프 분할의 모든 반복들이 항상 외부 데이타 참조를 필요로 하는 것은 아니다. 따라서 주어진 루프 분할을 외부 데이타를 요구하는 루프 반복들의 집합과 그렇지 않은 루프 반복들의 집합으로 나눌 수 있다. 이렇게 나누어진 루프 세부 분할은 효율적인 수행을 위해 메시지 도착 순서에 따라 동적으로 스케쥴링된다. 제안된 방법에 따라 IBM SP2에서 몇가지 프로그램으로 실험을 한 결과, 중첩 모델이 성능 향상을 보임을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 순차루프를 이용한 간단한 병렬화 컴파일러를 제안한다. 이것은 컴파일 시간에 중첩 병렬 DOALL루프로 바꾸어주는 순차루프의 자동 변환에 관한 절차이다. 이를 위해서, Parafrase II 병렬화 컴파일러의 원시 프로그램을 분석하였으며 중첩루프에서 효율적인 병렬처리를 위한 새로운 병렬성 추출 방법을 구현하였다.
대부분의 프로그램 실행 시간은 루프 구조에서 소비되기 때문에 순차 루프 프로그램으로부터 병렬성을 추출하는 것은 프로그램을 빠르게 실행하는 데 필수적이다. 병렬성을 추출하기 위한 기존의 연구들은 주로 불변 자료 종속 거리에 초점을 맞추어왔다. 본 논문에서는 중첩 루프에서 자료 종속성을 제거하는 방법과 자료 종속성 제거 방법을 확장한 프로시저 호출을 가진 루프에서 병렬성을 추출하는 방법을 제안한다. 이 두 가지 방법들은 모두 자료 종속 거리에 관계없이 적용할 수 있다. 중첩 루프에서의 자료 종속성 제거 방법과 프로시저 호출을 가진 루프에서 병렬성을 추출하는 방법을 기존의 방법들과 CRAY-T3E에서 성능 평가를 하였다. 두 개의 방법 모두가 기존의 방법들보다 매우 우수함을 보였다.
일반적으로 응용프로그램에서 병렬성 추출에 대한 핵심 부분은 루프이다 따라서 본 논문에서는 Loop Interchange를 자동으로 처리할 수 있는 병렬컴파일러를 구현하고자한다. Loop Interchange는 반복문에서 cedar Fortran의 CDOALL문장을 바깥쪽으로 보냄으로서 특히 더 많은 병렬화 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 이는 향후 선형변환과 혼합하여 더욱 효과적인 실행 결과를 기대하고 불완전 중첩루프에 적용하는 방법의 연구에 기여할 것으로 판단된다.
일반적인 응용 프로그램에서 병렬성이 많은 구조는 루프 구조이며, 루프를 병렬로 처리하기 위해 동기화가 필요하다. 본 논문에서는 다중첨자를 갖는 1차원 배열의 루프의 병렬화를 위해 다수 개의 동일한 종속값을 이용하여 종속함수를 생성하고 이를 이용하여 종속관계가 성립하지 않는 비종속 구간(Non-dependence part)을 구한다. 그리고 동일한 값을 가지는 복수개의 종속값 간의 동기화는 외부루프 분할 기법을 이용하여 간소화 한 후 단일 첨자를 갖는 루프에 동기화를 수행하는 기법을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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