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\slidepagestyle{empty}

\title{PIPS : un système d'analyse, de transformation et de
  compilation de programmes scientifiques}

\author{
  $\left.
  \begin{array}[c]{r@{}}
     \text{Corinne Ancourt}\\
    \text{Fabien Coelho}\\
    \text{François Irigoin}\\
    \text{Ronan Keryell}
  \end{array}
  \right\}\text{\tt @cri.ensmp.fr}$\\
  ---\\
  Centre de Recherche en Informatique de\\
  l'École des Mines de Paris}

\date{25 août 2006}

\DealWithTwoUp

\begin{document}

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%% Le fond du transparent :
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  \maketitle
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\slidepagestyle{CRI}


\slidepart{Introduction}

\begin{trans}{Introduction}
  PIPS = Paralléliseur Interprocédural de Programmes Scientifiques
  \begin{itemizer}
  \item Projet démarré en 1988 avec financement DRET, puis ESPRIT,
    CNRS \& École des Mines
  \item Faire avancer l'état de l'art
    \begin{itemizet}
    \item Analyse sémantique
    \item Parallélisation \& vectorisation automatique
    \end{itemizet}
  \item Franchir le mur de l'interprocéduralité
  \item Travailler sur des programmes réels
    \begin{itemizet}
    \item Fortran
    \end{itemizet}
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Aujourd'hui...}
  \begin{itemizer}
  \item Ouverture du cadre de la parallélisation
  \item Programmes complets
  \item Interprocédural
  \item Analyse \vavers{} rétro-ingéniérie \& vérification
  \item Transformations
  \item Compilation
  \item Optimisation (parallélisation = cas particulier)
  \item Faciliter le développement d'outils et extensibilité
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Optimisation de code}
  \belleboite{Motivation économique}
  \begin{itemizer}
  \item Coût d'exécution, latence, taille des modèles 3D, faisabilité\\
    \emph{$\searrow$ coût d'exécution $\Rightarrow$ $\searrow$ coût de
      maintenance matériel, $\searrow$ coût d'administration,...}
  \item Potentiel croissant : options de compilation, ILP, localité,
    parallélisme {\em gain de 1,2 en 1978, de 2 à 5 en 1998}
  \item Accélération de 2 = 18 mois {\em time-to-market}
  \item Choix de l'architecture matérielle (PE, SoC, MP-SoC...)
  \item SAGEM, IBM, LMC, RP-RORER,...
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Exemples : l'expérience du CRI}
  À la main ou automatiquement :
  \begin{itemizer}
  \item Codes industriels : SAGEM, Renault, KFA, IFP, CEA, RP-RORER
  \item Académiques : ENSMP/CIG, CG
  \item IBM SP2, CRAY T3D, Suns, Maspar, Convex MPP1200\\
    \emph{Alliant, CRAY YMP, TMC CM5, IBM 3090...}
  \item Gains de 2 à 50 en séquentiel
  \item Gains de 2 à 16$\,$000 en parallèle (selon machine~!)
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{IFP : propagation d'ondes sismiques 2D}
  \begin{minipage}{0.38\hsize}
    \psfig{file=images/ifp.ps,angle=270,width=\hsize}
  \end{minipage}
  \hfill
  \begin{minipage}{0.6\hsize}
    \begin{itemizer}
    \item IBM SP2, Power2
    \item Gain séq : 2,5 (= 110 Mflop/s) 
      \begin{itemizet}
      \item Re-parenthésage d'une expression
      \item Déroulage d'une boucle (4)
      \item Ordonnancement des calculs
      \end{itemizet}
    \item HPF : gain de 2,5 (4~PE, avec I/O)
    \end{itemizer}
  \end{minipage}

  \newslide

\begin{alltt}
{\red{!hpf$ independent}}
      DO J = 3,NP-2
{\red{!hpf$   independent}}
        DO I = 3, NP-2
          U(I,J,KP) = 
            {\red{(}}2. {\green{*}} U(I,J,KM) {\green{-}} U(I,J,KP){\red{)}}
           {\green{-}} V(I,J) {\green{*}} ( 60. {\green{*}} U(I,J,KM) 
           {\green{+}} {\red{(}}U(I+2,J,KM) + U(I-2,J,KM)
             + U(I,J-2,KM) + U(I,J+2,KM){\red{)}}
           {\green{-}} 16. {\green{*}} (U(I+1,J,KM) + U(I-1,J,KM)
                  + U(I,J-1,KM) + U(I,J+1,KM)))
        ENDDO
      ENDDO
\end{alltt}
\end{trans}


\begin{trans}{Comparaison d'empreintes digitales}
  \centerline{$\vcenter{\psfig{file=sagem.eps,width=0.2\hsize}} \quad
    \vcenter{\psfig{file=morpho_petit.eps,width=0.2\hsize}} \quad
    \vcenter{\psfig{file=images/lmclogo.ps,width=0.5\hsize}}$}
  \begin{itemizer}
  \item Traitement d'empreintes par logiciel
  \item Portage/optimisation : SUN, IBM, Maspar MP2, Convex
  \item Gain séquentiel : 10, parallèle 16$\,$000
    \begin{itemizet}
    \item Compactage des données, ILP, pipeline logiciel
    \item Ordonnancement et fusion de boucles
    \end{itemizet}
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Comment optimiser ?}
  \begin{enumerate}
  \item Analyse de l'application : complexité,...
  \item Changements d'algorithmes (en amont)\\
    e.g. méthode directe \(\rightarrow\) gradient conjugué
  \item Utilisation de librairies optimisées\\
    IMSL, Lapack, ESSL, ScaLapack, P-ESSL
  \item Options de compilation\\ 
    IBM \verb|xlf| : +150 options et sous-options !
  \item Transformations de programmes
    \begin{itemizet}
    \item Selon langage, application, architecture
    \item Futurs pragma ou options de compilation
    \end{itemizet}
  \end{enumerate}
\end{trans}


\begin{trans}{Pourquoi de tels gains ?}
  \begin{itemizer}
  \item Processeurs : unités fonctionnelles multiples, chargements
    doubles,...
  \item Hiérarchie mémoire : ordres de grandeur en temps d'accès\\
    registre (0) \(\leftrightarrow\) cache~1 (3) \(\leftrightarrow\)
    cache~2 (10) \(\leftrightarrow\) mémoire (80) \(\leftrightarrow\)
    mémoire distante (1000) \(\leftrightarrow\) disque (1000000)...
  \item Multiprocesseurs : volumes de mémoire et de cache plus grands
    \vavers parfois effets superlinéaires
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Techniques utilisées avec PIPS}
  \centerline{\textbf{Validité, décision, application}}
  \begin{itemizer}
  \item Inversion, fusion, distribution... de boucles
  \item \emph{Tiling} des itérations
  \item Restructuration du contrôle
  \item Restructuration d'expressions
  \item Annotations HPF pour le parallélisme~: HPFC
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Importance de l'automatisation}
  \textbf{Problèmes :}
  \begin{itemize}
  \item Connaissances très spécifiques nécessaires
  \item Dégradation de la qualité du source optimisé...
  \item Portabilité des optimisations ?
  \end{itemize}

  \textbf{Conséquences :}
  \begin{itemize}
  \item Coût de développement et coût de maintenance (KLOCs)
  \item Source à source (PIPS)
  \item Éventuellement assistée de conseils ({\em pragma})
  \end{itemize}
  \textbf{Conclusion :} importance de l'automatisation
\end{trans}


\begin{trans}{Plan}
  \begin{itemizec}
  \item Rétro-ingéniérie
    \begin{itemizer}
    \item \hyperlink{Compr}{Compréhension de code}
    \item Simplification de code
    \item Spécialisation de code
    \item Vérification, test, preuve
    \end{itemizer}
  \item \hyperlink{Synth}{Synthèse de code \& compilation de
      spécifications}
    %%  \item HPF
  \item \hyperlink{EOLE}{Optimisation d'expressions}
  \item \hyperlink{Environnement}{Environnement de développement}
  \end{itemizec}
\end{trans}


\input{retro-ingenierie}


\input{synthese-code}


\input{eole}


\input{environnement}


\slidepart{Conclusion}


\begin{trans}{Modes ou recherche ?}
  \begin{itemizer}
  \item Crayettes, MPP (réseaux de Transputers), réseau neuronal,
    algorithme génétique,...    
  \item Parallélisation interprocédurale : 1982--1996/97--????
  \item Tiling: 1985--????--1997/98 (HP puis SGI et MIPS)
  \item Synthèse de code et de communication : 1987--1991--????
  \item Exploitation de l'investissement fait dans PIPS\\
    {\em robustesse de la bibliothèque linéaire}
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Évolutions du workbench PIPS}
  \psfighautcentre{dessins/pips-accent.idraw}
\end{trans}

\begin{trans}{PIPS : industrialisation ou freeware ?}
  \begin{itemizer}
  \item Connexité (automne 1993)
  \item Simulog (septembre 97 et mars 1998)
    \begin{itemizet}
    \item Réécriture
    \item Analyses trop compliquées (Dassault) ou pas encore assez fines (EDF)
    \item Tentative de coopération dans le cadre post-Ariane~4
    \end{itemizet}
  \item CEA-DAM~: propriété des sources ou co-développement\\
    \emph{Intégration de la méthode polyédrale dans PIPS, thèses
      d'A.~Platonoff et d'A.~Leservot}
  \item EDF : co-développement si sources dans le domaine public\\
    \emph{développement d'une phase de calcul d'alias, CIFRE
      ENS-Cachan/EDF}
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Conclusion générale}
  \begin{itemizer}
  \item Évolution des thèmes de recherche largement au-delà du cadre
    {\em parallélisation automatique}\\
    \vavers{} \emph{optimisations en coût et en temps de réponse, génie
      logiciel,...}
  \item Sans perdre de vue les objectifs économiques ni sacrifier la
    qualité de la recherche    
  \item Les expériences ne sont pas oubliées\\    
    {\em théorie et pratique}   
  \item Les contacts industriels non plus\\
    {\em vitesse contre précision, implémentation contre papiers}   
  \item Et donc le financement contractuel
\end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Génie logiciel et rétro-ingénierie}
  \begin{itemizer}
  \item Importance du {\em source-à-source} (vs projet SUIF de Stanford)
  \item Réduction des coûts en rétro-ingénierie\\
    {\em \vavers{} travail supplémentaire dans PIPS...}
  \item Réduction des coûts de maintenance\\
    {\em pour du code optimisé}
  \item Réduction du coût de développement\\
    {\em par la compilation de spécifications}
  \end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Conclusion}
  \begin{itemizer}
  \item PIPS = interprocéduralité + sémantique + programmation linéaire
  \item Aborde des programmes réels
  \item Beaucoup d'autres choses (encore)
  \item PIPS $\equiv$ établi + boîte à outils, environnement ouvert
  \item Environnement de génie logiciel ouvert (NewGen, PIPSmake,
    PIPSdbm,...)
  \item \vavers rajout simplifié de nouvelles phases
  \item Bonne plateforme pour étudier l'interprocéduralité   
  \item Disponible gratuitement
  \end{itemizer}
  \belleboite{\href{http://www.cri.ensmp.fr/pips}%
    {\texttt{http://www.cri.ensmp.fr/pips}}}
\end{trans}


\begin{trans}{Extensions futures}
  \begin{itemizer}
  \item Rajout d'un parser C restreint (pas de structures ?) pour le
    traitement du signal
  \item Java pour le calcul scientifique (tableaux)... part de très bas en
    performances ! :-)
    \begin{itemizet}
    \item Rajout d'un parser Java
    \item Élimination des vérifications d'accès aux tableaux
    \item Spécialisation de code
    \item Élimination déréférencements méthodes
    \item Couplage JVM avec un JIT : optimisation code 3 adresses,
      détection et optimisation de boucle
  \end{itemizet}
\end{itemizer}
\end{trans}


\begin{trans}{Table des matières}
  \begin{multicols}{2}
    \tiny
    \couleurtexte
    \hypertarget{contenu}{}
    \Slidecontents

    \listofslides
  \end{multicols}
\end{trans}


\end{document}

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