Progetto Cresco: Linea Attività SP1.4 in collaborazione con Ylichron

Ylichron - Cell Broadband Engine

1. Creazione del know-how di dettaglio sul processore Cell Broadband Engine

In questa prima fase del progetto è stato acquisito il know-how relativo al processore CellBE studiando l'ambiente HW/SW di programmazione del processore. In particolare ciò è stato fatto utilizzando l'ambiente di simulazione messo a disposizione nel SDK 2.1, i compilatori GNU gcc e IBM XL C/C++ per PPE e SPU e i codici di esempio forniti da IBM. E' stata inoltre acquisita tutta la documentazione relativa all'ambiente di programmazione, a quello di simulazione e la documentazione sull'architettura del processore e sui relativi ISA.
Attualmente l'ambiente SDK 2.1 non è più disponibile e viene proposta la versione 3.1 che presenta notevoli migliorie e un set di tool e librerie specifiche per l'architettura CellBE.
I nodi Cell del sistema di calcolo di CRESCO utilizzano la versione SDK 3.0
Di seguito riportiamo alcuni link e documenti per un'introduzione all'architettura CellBE.

Introduzione CellBE Architecture

Software Development Kit 3.1

Software Development Kit 3.1 libraries

Cell Broadband Engine Standards

Codici sorgenti

Hardware Cresco sezione Cell

2. Ricerca e studio di compilatori per processore CellBE

In questa fase sono stati presi in considerazione gli attuali compilatori per processoreCellBE oltre al già presente GNU tool chain. In particolare è stata posta attenzione alla ricerca di un compilatore auto-parallelizzante che, ricevendo in ingresso un codice di calcolo sequenziale, ne estragga il parallelismo e scheduli l'esecuzione sulle risorse di calcolo, di memorizzazione e comunicazione del CellBE. In tale direzione si è esaminato il progetto CellSuperscalar, sviluppato presso il BSC di Barcellona, in cui il codice C sequenziale, opportunamente modificato con direttive di parallelizzazione, viene eseguito nel PPE e i vari task vengono schedulati dinamicamente su diversi SPE in base ad un'analisi di dipendenza eseguita a run-time, tentando di minimizzare il tempo complessivo di esecuzione e l'overhead dovuto al trasferimento dati. Successivamente è stato preso in considerazione il compilatore IBM Octopiler che, a partire da un singolo file sorgente, genera più eseguibili binari per l'unità PPE e i vari SPE con l'aggiunta di varie metodiche di paralellizzazione e vettorializzazione del codice (SIMDization) al fine di ottenere un codice eseguibile fortemente ottimizzato.

Barcelona Supercomputing Center - Cell SuperScalar compiler v2.1 (PDF)

Cell Superscalar webpage

IBM Octopiler - Compiler Technology for Scalable Architectures (PDF)

IBM Octopiler webpage

3. Definizione delle modalità di interazione tra PPE, SPE e relativi spazi di memorizzazione e modellazione del processore CellBE

In questa fase sono state analizzate le primitive di trasferimento dati, di comunicazione e di sincronizzazione a disposizione nel RTE del CellBE. Successivamente sono state selezionate, codificate e standardizzate le chiamate di sistema per il trasferimento dati tra PPE e SPE o anche tra singoli SPE e per la sincronizzazione di due o più processi in esecuzione su SPE differenti. La modellazione del processore è stata effettuata considerando le diverse risorse che compongono il CellBE tra le quali le unità di calcolo, di comunicazione e di memorizzazione e mettendo in evidenza le funzioni di comunicazione e di sincronizzazione. Infine è stato valutato il costo corrispondente alle operazioni di calcolo, trasferimento dati e di sincronizzazione tramite specifici test sviluppati in codice C ed eseguiti nell'ambiente di simulazione sopra descritto. Di seguito sono presenti i documenti elaborati per l'analisi e la modellazione del CellBE e i codici sorgenti utilizzati per i test.

Modalità interazione PPE - SPE (PDF)

Modello architetturale e prestazionale Cell Broadband Engine (PDF)

Introduzione

IBM Systems Information Center : System Software -> Cell Broadband Engine Solution

Cell Broadband Engine Architecture (pdf)

Cell Broadband Engine Overview (pdf)

Slides introduttive ad architettura Cell (pdf)

developerWorks : Cell Broadband Engine resource center

PowerPC Architecture Book (pdf) ppcbook1 ppcbook2 ppcbook3

Software Development Kit (SDK) 3.1

Software Development Kit 3.1 - (Web)

SDK 3.1 Installation Guide - (Web, PDF)

SDK 3.1 Integrated Development Environment User’s Guide - (Web, PDF)

SDK 3.1 Performance Tools Reference - (Web, PDF)

SDK 3.1 Programmer’s Guide - (Web, PDF)

SDK 3.1 Programming Tutorial - (Web, PDF)

Cell Broadband Engine Programming Handbook (including PowerXCell 8i processor) - (Web, PDF)

Programming The Cell Broadband Engine : Examples and Best Practices - (PDF)

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Software Development Kit (SDK) 3.1 libraries

Accelerated Library Framework (ALF) Programmer's Guide and API Reference - (Web, PDF)

Basic Linear Algebra Subprograms (BLAS) Programmer's Guide and API Reference - (Web, PDF)

Data Communication and Synchronization Library (DACS) Programmer's Guide and API Reference - (Web, PDF)

Fast Fourier Transform Library Programmer's Guide and API Reference - (Web, PDF)

Linear Algebra PACKage Programmer’s Guide and API Reference - (Web, PDF)

SIMD Math Library API Reference - (Web, PDF)

SPE Runtime Management Library 2.3 - (Web, PDF)

SPE Runtime Extensions Library 3.1 - (Web, PDF)

Nota : la lista completa delle librerie a disposizione è riportata nella pagina Docs del Cell Broadband Engine Resource Center.

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Cell Broadband Engine Standards

C/C++ Language Extensions for Cell Broadband Engine Architecture - (PDF)

Cell Broadband Engine Linux Reference Implementation ABI Specification - (PDF)

SPU Application Binary Interface Specification - (PDF)

SPU Assembly Language Specification - (PDF)

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Codici sorgenti

Benchmark DMA (IBM SDK) - (tar) Benchmark per la misurazione delle prestazioni nei trasferimenti DMA interprocessore

Fast Matrix Multiplication on Cell BE - (Web, tar) Algoritmo di moltiplicazione di matrici sviluppato su Cell BE

SPE GFlops Test - (How to, test1, test2) Semplici codici di test per calcolo floating-point SIMD negli SPE

IBM Redbook Sourcecode - (Web) Codici sorgenti IBM

Codici sorgenti per la gestione delle primitive di sincronizzazione - (Web) ...in aggiornamento...