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Portabilità delle prestazioni: come far funzionare il tuo programma senza problemi su diverse piattaforme hardware?
Nell'era digitale altamente interconnessa di oggi, la portabilità delle prestazioni è diventata una questione importante nello sviluppo del software. La portabilità delle prestazioni si riferisce alla capacità di un'applicazione di essere eseguita in modo efficace su diverse piattaforme hardware. Quando gli sviluppatori progettano applicazioni portabili e abilitate alle prestazioni, devono supportare più piattaforme senza compromettere le prestazioni, idealmente riducendo al minimo il codice specifico della piattaforma.
La portabilità delle prestazioni è considerata una caratteristica molto ricercata nella comunità del calcolo ad alte prestazioni (HPC), ma attualmente non esiste uno standard di misurazione universale o coerente.
Le prestazioni vengono misurate in due modi: il primo confronta le prestazioni di una versione ottimizzata dell'applicazione con la sua versione portatile; l'altro si basa sul numero di operazioni in virgola mobile (FLOP) eseguite e si sposta dalla memoria principale durante l'esecuzione Dati sulla frequenza del processore per confrontare le prestazioni di picco teoriche dell'applicazione. Con l’aumento della diversità dell’hardware, diventa sempre più critico sviluppare software che possa essere eseguito su un’ampia gamma di macchine, il che influisce sull’uso a lungo termine dell’applicazione e sulla possibilità di aggiornarla.
Dibattito sulla portabilità delle prestazioni
La portabilità delle prestazioni è ampiamente menzionata nel settore e solitamente si riferisce a: in primo luogo, la capacità di eseguire la stessa applicazione su più piattaforme hardware; in secondo luogo, il raggiungimento di determinati obiettivi prestazionali su tali piattaforme; Alla Performance Portability Conference tenuta dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) nel 2016, un esperto ha affermato che “un’applicazione può essere considerata un’applicazione se riesce a raggiungere un livello coerente di prestazioni su ciascuna piattaforma rispetto all’implementazione più conosciuta”. Per efficienza e portabilità.”
Jeff Larkin (NVIDIA) ha sottolineato direttamente che la portabilità delle prestazioni significa che "lo stesso codice sorgente può essere eseguito in modo produttivo su più architetture diverse".
Pertanto, la portabilità delle prestazioni è diventata un importante argomento di discussione nella comunità dei computer ad alte prestazioni. I partner dell'industria, del mondo accademico e dei laboratori nazionali del DOE tengono regolarmente il "Forum sulla produttività, sulla portabilità e sull'informatica ad alta efficienza" dal 2016 per promuovere la ricerca e lo sviluppo della portabilità delle prestazioni.
La chiave per la portabilità delle prestazioni
Poiché l'architettura informatica continua a evolversi, la portabilità delle prestazioni rimane importante. Gli sviluppatori presuppongono che la loro singola base di codice raggiungerà prestazioni accettabili sulle architetture più recenti, nonché su una varietà di architetture attuali che non sono ancora state testate. Con l'aumento della diversità dell'hardware, diventerà necessario sviluppare software in grado di funzionare su più piattaforme. Ciò è legato alla vitalità e alla continua rilevanza delle applicazioni.
L'Exascale Computing Project (ECP) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sottolinea che la portabilità delle prestazioni è una preoccupazione costante, soprattutto in un ambiente multipiattaforma.
Dal 2016, il DOE ha organizzato numerosi workshop per discutere la crescente importanza della portabilità delle prestazioni. La conferenza del 2017 ha invitato la partecipazione di molte istituzioni rinomate, tra cui il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) e il Los Alamos National Laboratory (LANL).
Misurazione della portabilità delle prestazioni
Per quantificare quando un programma ha raggiunto la portabilità delle prestazioni, è necessario considerare due fattori. Innanzitutto, la portabilità delle prestazioni può essere misurata confrontando il numero di righe di codice utilizzate nelle architetture rispetto al numero di righe di codice utilizzate solo per una singola architettura. In secondo luogo, la performance può essere misurata in vari modi. Ad esempio, per confrontare le prestazioni di una versione ottimizzata per la piattaforma di un'applicazione con una versione portatile, un metodo di misurazione efficace consiste nell'utilizzare un modello di prestazioni del tetto, in grado di ottenere le prestazioni di picco teoriche dell'applicazione.
Alla conferenza del 2016, un partecipante ha affermato: "Quando il team dell'applicazione afferma che si tratta di portabilità delle prestazioni, questo codice è considerato portabilità delle prestazioni".
Negli ultimi anni, la ricerca ha evidenziato che il codice portabile scritto per varie architetture di calcolo parallelo deve essere conforme a modelli di programmazione standard aperti e il codice deve essere sviluppato e migliorato su più piattaforme contemporaneamente. Queste strategie possono aiutare gli sviluppatori a trovare parametri adatti a diverse piattaforme.
Soluzioni quadro e non quadro
Sul mercato sono disponibili numerosi sistemi e applicazioni di programmazione progettati per aiutare gli sviluppatori a ottenere la portabilità delle prestazioni. Alcuni framework comuni includono OpenCL, SYCL, Kokkos, RAJA, ecc. Queste interfacce di programmazione supportano la programmazione multiprocesso multipiattaforma. Alcune soluzioni non framework includono linguaggi di ottimizzazione automatica e specifici del dominio.
Con l'avanzare della tecnologia, siamo pronti per una nuova era di programmazione che porterà le possibilità di portabilità delle prestazioni a nuovi livelli?
