Mapping parallel applications on parallel architectures

Kevin J M Martin (1, 2)

1 Lab-STICC_ARCAD - Equipe Hardware ARchitectures and CAD tools
2 UBS - Université de Bretagne Sud

With the slowdown of Moore's law and the end of the frequency race, the performance comes from the parallelism. Several types of parallelism can be exploited by computing devices. Our work focuses on instruction-level parallelism, data-level parallelism, and task-level parallelism. Multiplying the number of computing resources exposes spatial parallelism. The question is to find how to map the applications on parallel architectures, to fully make use of the available computing resources. In our work, we first study Coarse Grained Reconfigurable Architectures (CGRA) which can exploit instruction- and data-level parallelism. We proposed a new architecture and an original mapping approach that can manage the control flow of an application, including the loop control, to build an ultra-low power and energy efficient programmable accelerator for embedded systems. We also developed a runtime mapping algorithm for mapping parallel applications following the dataflow model of computation on multicore processors, making use of data- and task-level parallelism. Finally, synchronisation is a key issue for the performance of parallel architectures. We designed hardware solutions for accelerating synchronisation for dataflow applications, and for Pthread applications.

Avec le ralentissement de la loi de Moore, et la fin de la course à la fréquence, l'amélioration des performances vient du parallélisme. Plusieurs types de parallélisme peuvent être exploités par les architectures de calcul. Nous nous concentrons sur le parallélisme au niveau instruction, parallélisme de données, et le parallélisme de tâche. La multiplication du nombre de ressources de calcul permet de proposer du parallélisme spatial. La question qui se pose est le déploiement des applications sur les architectures parallèles, pour exploiter au mieux les ressources disponibles. Dans nos travaux, nous étudions tout d'abord des architectures reconfigurables à gros grains, permettant d'exploiter le parallélisme au niveau instructions et le parallélisme de données. Nous avons proposé une architecture et une approche originale de déploiement d'application incluant le flot de contrôle et la gestion des boucles pour en faire un accélérateur autonome embarqué à haute efficacité énergétique. Nous avons aussi proposé des algorithmes de déploiement d'applications, décrites selon le modèle de calcul dataflow, sur des architectures multi-cœurs, permettant d'exploiter le parallélisme de données et le parallélisme de tâche. Enfin, la synchronisation est un point clé des performances sur architectures parallèles. Nous avons proposé des solutions matérielles pour accélérer la synchronisation des applications dataflow, et des applications suivant la norme Pthread.

Mots clés: Parallelism; CGRA; multicore processor; mapping; compilation

Mots clés: Architectures numériques; Parallélisme; CGRA; processeur multi-coeurs; déploiement; compilation

Domaines: Architectures Matérielles [cs.AR]

Kevin J M Martin. Mapping parallel applications on parallel architectures: Granularity of parallelism and synchronisation. Hardware Architecture [cs.AR]. Université Bretagne Sud, 2023. ⟨tel-04054474v2⟩