Piattaforme multicore e integrazione tri-dimensionale: analisi architetturale e ottimizzazione

I sistemi integrati moderni sono architetture many-core, in cui spesso lo spazio di memoria è condiviso fra i processori. Per ridurre i consumi, molte di queste architetture sostituiscono le cache dati con memorie scratchpad gestite in software, per massimizzarne la località alle CPU e aumentare le performance. Questo significa che i dati devono essere spostati manualmente da parte del programmatore. Inoltre, tradurre in perfomance l’enorme parallelismo potenziale delle piattaforme many-core non è semplice. Per supportare la programmazione, diversi programming model sono stati proposti, e siccome lavorano ad un alto livello di astrazione, sfruttano delle librerie di runtime che forniscono servizi di base quali sincronizzazione, allocazione della memoria, threading. Queste librerie hanno un costo, che nei sistemi integrati è troppo elevato e ostacola il raggiungimento delle piene performance. Questa tesi analizza come un programming model ad alto livello di astrazione – OpenMP – possa essere efficientemente supportato, se il suo stack software viene adattato per sfruttare al meglio la piattaforma sottostante. In una prima parte, studio diversi meccanismi di sincronizzazione e comunicazione fra thread paralleli, portati sulle piattaforme many-core. In seguito, li utilizzo per scrivere un runtime di supporto a OpenMP che sia il più possibile efficente e “leggero” e che supporti paradigmi di parallelismo multi-livello e irregolare, spesso presenti nelle applicazioni moderne. Una seconda parte della tesi esplora le architetture eterogenee, ossia con acceleratori hardware. Queste architetture soffrono di problematiche sia i) per il processo di design della piattaforma, che ii) di scalabilità della piattaforma stessa (aumento del numero degli acceleratori e dei processori), che iii) di programmabilità. La tesi propone delle soluzioni a tutti e tre i problemi. Il linguaggio di programmazione usato è OpenMP, sia per la sua grande espressività a livello semantico, sia perché è lo standard de-facto per programmare sistemi a memoria condivisa.