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Perché il settore dell'informatica ad alte prestazioni (HPC) è così ossessionato dalla "portabilità delle prestazioni"?
Nel campo dell'elaborazione ad alte prestazioni (HPC), gli sviluppatori sono quasi fanatici della "portabilità delle prestazioni". Questo fenomeno nasce dalla necessità che i programmi e le applicazioni per computer funzionino in modo efficiente su diverse piattaforme. Con la continua evoluzione della tecnologia e il cambiamento delle architetture hardware, la durabilità e la pertinenza delle applicazioni di elaborazione ad alte prestazioni sono minacciate, costringendo gli sviluppatori a concentrarsi sul miglioramento della portabilità delle prestazioni.
La portabilità delle prestazioni si riferisce alla capacità dei programmi e delle applicazioni per computer di funzionare efficacemente su piattaforme diverse. Quando gli sviluppatori realizzano applicazioni per la portabilità delle prestazioni, sperano di supportare più piattaforme senza compromettere le prestazioni e riducendo al minimo il codice specifico della piattaforma.
L'importanza della portabilità delle prestazioni
Con l'aumento della diversità dell'hardware, sviluppare software in grado di funzionare su un'ampia gamma di macchine è diventata una necessità per garantire la sostenibilità delle applicazioni. Secondo la Performance Portability Conference del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) del 2016, il settore concorda generalmente sul fatto che la portabilità delle prestazioni può essere interpretata come "la capacità di eseguire la stessa applicazione su più piattaforme hardware e di ottenere le stesse prestazioni su tali piattaforme". Un certo livello di prestazione."
Ad esempio, John Penicuik di Intel ha affermato alla stessa conferenza che "un'applicazione è considerata portabile in termini di prestazioni se riesce a raggiungere livelli di prestazioni coerenti su tutte le piattaforme". Ciò significa che la cosiddetta portabilità non riguarda solo l'applicazione in sé, ma anche sulla portabilità del codice sorgente.
Attualmente non esiste un metodo universalmente accettato per misurare la portabilità delle prestazioni e i singoli team possono definire il concetto in base ai propri criteri.
Misurazione della portabilità delle prestazioni
Quantificare con precisione la portabilità delle prestazioni è un problema arduo che dipende principalmente da due fattori. Il primo è la portabilità, che può essere misurata confrontando il numero totale di righe di codice utilizzate su più architetture con il numero totale di righe di codice scritte specificatamente per una singola architettura. Il secondo riguarda le prestazioni: solitamente si confrontano le prestazioni delle versioni ottimizzate per una piattaforma specifica e quelle delle versioni portatili.
Attualmente non esiste uno standard universale per definire cosa si intende per codice o applicazione portabile. Questa ambiguità nella definizione porta a criteri di valutazione diversi per team diversi. Secondo un relatore della conferenza del 2016, la decisione se un progetto sia considerato portabile o meno spetta esclusivamente al team di sviluppo.
Soluzioni quadro e non quadro
Per aiutare i programmatori a raggiungere la portabilità delle prestazioni, attualmente sono disponibili diverse applicazioni e sistemi di programmazione che possono raggiungere questo obiettivo. Framework di programmazione come OpenCL, SYCL e Kokkos affermano di supportare la portabilità funzionale e di facilitare la programmazione parallela su più piattaforme. Esistono inoltre alcune soluzioni non framework, come la tecnologia di auto-ottimizzazione e i linguaggi dedicati, che possono migliorare la portabilità delle prestazioni.
Gli sviluppatori devono esplorare modalità per ottenere la portabilità delle prestazioni in un'architettura informatica in continua evoluzione, che non è correlata solo alle esigenze attuali, ma anche alla sopravvivenza futura.
Guardando al futuro
Con il rapido sviluppo della tecnologia informatica, la portabilità delle prestazioni in futuro potrebbe dover affrontare nuove sfide. Gli esperti del settore ritengono che l'evoluzione dei modelli di programmazione parallela diventerà un fattore chiave che inciderà sulla portabilità delle prestazioni. La ricerca suggerisce che i futuri modelli di programmazione parallela saranno in grado di garantire una portabilità delle prestazioni più elevata rispetto alle applicazioni stesse in molte situazioni.
Questo cambiamento significa che le responsabilità che i programmatori dovranno assumersi durante lo sviluppo di applicazioni si sposteranno gradualmente sull'implementazione del modello di programmazione e del compilatore sottostante, il che cambierà in modo significativo lo stile tecnico dello sviluppo del programma. Queste esplorazioni e discussioni continueranno a promuovere il progresso e lo sviluppo del calcolo ad alte prestazioni.
Quindi, in questo contesto tecnologico in continua evoluzione, come dovrebbero gli sviluppatori bilanciare efficacemente la contraddizione tra le caratteristiche della piattaforma e la portabilità delle prestazioni?
