Language
Country/Area
No result found
Tính di động về hiệu suất: Làm cách nào để chương trình của bạn chạy liền mạch trên các nền tảng phần cứng khác nhau?
Trong kỷ nguyên kỹ thuật số có tính kết nối cao ngày nay, khả năng di chuyển về hiệu suất đã trở thành một vấn đề quan trọng trong quá trình phát triển phần mềm. Tính di động về hiệu suất đề cập đến khả năng ứng dụng chạy hiệu quả trên các nền tảng phần cứng khác nhau. Khi các nhà phát triển thiết kế các ứng dụng di động và hỗ trợ hiệu suất, họ cần hỗ trợ nhiều nền tảng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất, lý tưởng nhất là đồng thời giảm thiểu mã dành riêng cho nền tảng.
Khả năng di chuyển hiệu suất được coi là một tính năng được săn đón nhiều trong cộng đồng điện toán hiệu năng cao (HPC), nhưng hiện tại không có tiêu chuẩn đo lường phổ quát hoặc nhất quán nào.
Hiệu suất được đo lường theo hai cách: một là bằng cách so sánh hiệu suất của phiên bản ứng dụng được tối ưu hóa với phiên bản di động của nó; cách kia dựa trên số lượng thao tác dấu phẩy động (FLOP) được thực hiện và di chuyển từ bộ nhớ chính trong khi thực thi . Dữ liệu đến tần số bộ xử lý để so sánh hiệu suất cao nhất về mặt lý thuyết của ứng dụng. Khi sự đa dạng của phần cứng tăng lên, việc phát triển phần mềm có thể chạy trên nhiều loại máy ngày càng trở nên quan trọng, điều này ảnh hưởng đến việc sử dụng ứng dụng lâu dài và khả năng cập nhật ứng dụng.
Cuộc tranh luận về khả năng di chuyển hiệu suất
Tính di động về hiệu suất được đề cập rộng rãi trong ngành và thường đề cập đến: thứ nhất, khả năng chạy cùng một ứng dụng trên nhiều nền tảng phần cứng, thứ hai, đạt được các mục tiêu hiệu suất nhất định trên các nền tảng này; Tại Hội nghị về khả năng chuyển đổi hiệu suất do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) tổ chức vào năm 2016, một chuyên gia đã tuyên bố rằng “một ứng dụng có thể được coi là một ứng dụng nếu nó có thể đạt được mức hiệu suất nhất quán trên mỗi nền tảng so với cách triển khai được biết đến nhiều nhất”. Để đạt được hiệu quả và tính di động.”
Jeff Larkin (NVIDIA) đã trực tiếp chỉ ra rằng khả năng di chuyển hiệu suất là "cùng một mã nguồn có thể chạy hiệu quả trên nhiều kiến trúc khác nhau".
Do đó, khả năng di chuyển hiệu năng đã trở thành chủ đề thảo luận quan trọng trong cộng đồng điện toán hiệu năng cao. Các đối tác từ ngành công nghiệp, học viện và Phòng thí nghiệm quốc gia DOE đã thường xuyên tổ chức "Diễn đàn năng suất máy tính hiệu suất, tính di động và hiệu quả cao" kể từ năm 2016 để thúc đẩy nghiên cứu và phát triển tính di động hiệu suất.
Chìa khóa cho tính linh hoạt về hiệu suất
Khi kiến trúc điện toán tiếp tục phát triển, tính linh hoạt về hiệu suất vẫn đóng vai trò quan trọng. Các nhà phát triển giả định rằng cơ sở mã duy nhất của họ sẽ đạt được hiệu suất chấp nhận được trên các kiến trúc mới hơn, cũng như trên nhiều kiến trúc hiện tại chưa được thử nghiệm. Khi sự đa dạng về phần cứng tăng lên, việc phát triển phần mềm có thể chạy trên nhiều nền tảng sẽ trở nên cần thiết. Điều này liên quan đến sức sống và sự liên quan liên tục của các ứng dụng.
Dự án Điện toán Exascale (ECP) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ nhấn mạnh rằng khả năng di chuyển hiệu suất là mối quan tâm thường xuyên, đặc biệt là trong môi trường đa nền tảng.
Kể từ năm 2016, DOE đã tổ chức nhiều hội thảo để thảo luận về tầm quan trọng ngày càng tăng của khả năng di chuyển hiệu suất. Hội nghị năm 2017 đã mời sự tham gia của nhiều tổ chức nổi tiếng bao gồm Trung tâm Máy tính Khoa học Nghiên cứu Năng lượng Quốc gia (NERSC) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos (LANL).
Đo lường tính di động hiệu suất
Để định lượng thời điểm một chương trình đạt được hiệu suất khả chuyển, cần phải xem xét hai yếu tố. Đầu tiên, khả năng di chuyển hiệu suất có thể được đo bằng cách so sánh số dòng mã được sử dụng trên các kiến trúc với số dòng mã chỉ được sử dụng cho một kiến trúc duy nhất. Thứ hai, hiệu suất có thể được đo lường bằng nhiều cách khác nhau. Ví dụ: để so sánh hiệu suất của phiên bản ứng dụng được tối ưu hóa cho nền tảng với phiên bản di động, một phương pháp đo lường hiệu quả là sử dụng mô hình hiệu suất mái nhà, mô hình này có thể đạt được hiệu suất cao nhất về mặt lý thuyết của ứng dụng.
Tại hội nghị năm 2016, một người tham gia đã đề cập: "Khi nhóm ứng dụng tuyên bố rằng đó là hiệu suất di động, mã này được coi là hiệu suất di động."
Trong những năm gần đây, nghiên cứu đã chỉ ra rằng mã di động được viết cho nhiều kiến trúc điện toán song song khác nhau cần phải tuân thủ các mô hình lập trình tiêu chuẩn mở và mã phải được phát triển và cải tiến đồng thời trên nhiều nền tảng. Những chiến lược này có thể giúp nhà phát triển tìm ra các thông số phù hợp với các nền tảng khác nhau.
Giải pháp khung và không khung
Có rất nhiều ứng dụng và hệ thống lập trình trên thị trường được thiết kế để giúp các nhà phát triển đạt được khả năng di chuyển hiệu suất. Một số khung phổ biến bao gồm OpenCL, SYCL, Kokkos, RAJA, v.v. Các giao diện lập trình này hỗ trợ lập trình đa quy trình đa nền tảng. Một số giải pháp không thuộc khuôn khổ bao gồm các ngôn ngữ tự điều chỉnh và dành riêng cho miền.
Khi công nghệ tiến bộ, chúng ta đã sẵn sàng cho một kỷ nguyên lập trình mới đưa khả năng di chuyển hiệu suất lên tầm cao mới chưa?
