Compilazione di algoritmi per sistemi eterogenei

Titolo originale:

Compiling Algorithms for Heterogeneous Systems

Contenuto del libro:

La maggior parte delle applicazioni emergenti nel campo dell'imaging e dell'apprendimento automatico deve eseguire quantità immense di calcoli rispettando al contempo limiti rigorosi di energia e potenza. Per raggiungere questi obiettivi, gli architetti stanno costruendo motori di calcolo sempre più specializzati e adatti a questi compiti specifici. I sistemi informatici che ne derivano sono eterogenei e contengono più core di elaborazione con modelli di esecuzione estremamente diversi. Purtroppo, il costo di produzione di questo hardware specializzato e del software per controllarlo è astronomico. Inoltre, il compito di portare gli algoritmi su queste macchine eterogenee richiede tipicamente che l'algoritmo sia suddiviso tra le macchine e riscritto per ogni architettura specifica, il che richiede molto tempo ed è soggetto a errori.

Negli ultimi anni, gli autori hanno affrontato questo problema utilizzando linguaggi specifici per il dominio (DSL): linguaggi di programmazione di alto livello personalizzati per domini specifici, come la manipolazione di database, l'apprendimento automatico o l'elaborazione di immagini. Rinunciando alla generalità, questi linguaggi sono in grado di fornire astrazioni di alto livello allo sviluppatore, producendo al contempo risultati ad alte prestazioni. Lo scopo di questo libro è quello di stimolare l'adozione e la creazione di linguaggi specifici per il dominio, in particolare per la creazione di progetti hardware.

Nel primo capitolo, un breve percorso storico spiega le forze che guidano oggi l'architettura dei computer. Il Capitolo 2 descrive i vari metodi di progettazione degli acceleratori, illustrando la spinta verso una maggiore astrazione e gli strumenti che consentono ai progettisti di lavorare a un livello concettuale superiore. Da qui, il Capitolo 3 fornisce una breve introduzione agli algoritmi di elaborazione delle immagini e ai modelli di progettazione hardware per la loro implementazione. I capitoli 4 e 5 descrivono e confrontano Darkroom e Halide, due linguaggi specifici per l'elaborazione delle immagini che producono progetti ad alte prestazioni per FPGA e CPU dallo stesso codice sorgente, consentendo cicli di progettazione rapidi e un porting veloce degli algoritmi. La sezione finale descrive come l'approccio DSL semplifichi anche il problema dell'interfacciamento tra il codice applicativo e l'acceleratore, generando lo stack dei driver oltre alla configurazione dell'acceleratore.

Questo libro dovrebbe essere un'utile introduzione all'informatica specializzata per gli studenti di architettura informatica e un'introduzione ai linguaggi specifici per il dominio e all'hardware per l'elaborazione delle immagini per coloro che hanno più esperienza nel settore.