多核多线程处理器SIMD扩展的编程模型及编译优化关键技术研究

SIMD（单指令多数据）体系结构以其高效的数据并行处理能力一直得到广泛关注，在多核多线程处理器中实现SIMD扩展，同时提供任务级并行和数据级并行处理能力，是高性能处理器的发展趋势。并行编程模型和编译优化是充分发挥此类处理器性能潜力的关键技术，也是当前及未来相当长一段时期内的研究热点和难点。本项目拟从编程模型和编译优化两个方面开展研究，重点研究基于用户指导的多线程多SIMD编程模型、多线程多SIMD并行计算任务划分以及编译指导的多线程协作式预取等关键技术。我们从研究内容合理性、可行性等多方面加以了论证。通过论证，我们认为上述技术对提高多核多线程处理器SIMD扩展的可编程性、优化软件性能是行之有效的关键技术。

针对SIMD体系结构以及多核通用处理器和多核加速器体系结构，面向编程模型和编译优化问题，本项目实施过程中在如下方面开展了研究并取得了一些研究成果：1）针对SIMD体系结构的发展，提出了SIMD指令集设计空间的形式化描述方法；2）针对飞腾处理器的双精度SIMD扩展体系结构，基于GCC编译器实现了编译器后端，提供了高级语言编程接口； 3）针对多核多SIMD体系结构下的多线程同时向量化的普遍情况，提出了多核多SIMD体系结构自动向量化代价模型；4）在编译指导的自动向量化编程模型方面，设计了数据对齐指导命令并基于GCC编译器实现了数据对齐属性指导的向量化；5）针对模板计算类应用问题，提出了优化其性能的向量重组方法；6）针对未来E级超级计算机系统，开展了编程模型方面的预先研究。..本课题的研究成果可应用于如下几个方面：1）自主高性能处理器SIMD体系结构设计；2）编译器的自动向量化和性能优化；3）以模板计算为计算核心的科学计算问题的向量化及性能优化；4）E级超级计算机系统编程模型和编程语言的设计和实现。..本项目研究期间，共发表论文16篇，其中期刊论文11篇、会议论文5篇（国际会议论文1篇、国内会议论文4篇）；获得国家发明专利授权4项，获得软件著作权1项；项目研究的部分成果获军队科技进步一等奖1项，面向飞腾处理器的编译系统获得湖南省科技进步二等奖1项。除SCI论文数目外，其他指标均达到了任务书中对研究成果的预期。