[论文解读] Timing and Code Size Optimization on Achieving Full Parallelism in Uniform Nested Loops

Yaroub Elloumi, Mohamed Akil+1 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2012

Parallel Computing and Optimization Techniques参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文提出了一种名为最优多维重定时（OMDR）的新技术，可在实现均匀嵌套循环完全并行化的同时，最小化时序开销和代码大小。通过分析数据依赖性和时序特性，与现有多维重定时方法相比，OMDR在平均执行时间上减少19.31%，代码大小减少43.53%。

ABSTRACT

Multidimensional Retiming is one of the most important optimization techniques to improve timing parameters of nested loops. It consists in exploring the iterative and recursive structures of loops to redistribute computation nodes on cycle periods, and thus to achieve full parallelism. However, this technique introduces a large overhead in a loop generation due to the loop transformation. The provided solutions are generally characterized by an important cycle number and a great code size. It represents the most limiting factors while implementing them in embedded systems. In this paper, we present a new Multidimensional Retiming technique, called "Optimal Multidimensional Retiming" (OMDR). It reveals the timing and data dependency characteristics of nodes, to minimize the overhead. The experimental results show that the average improvement on the execution time of the nested loops by our technique is 19.31% compared to the experiments provided by an existent Multidimensional Retiming Technique. The average code size is reduced by 43.53% compared to previous experiments.

研究动机与目标

• 解决传统多维重定时在嵌入式系统中引入的高周期计数和过大的代码大小问题。
• 克服现有重定时技术在资源受限环境中部署受阻的局限性。
• 在不产生时序或代码大小方面不可接受开销的前提下，实现均匀嵌套循环的完全并行化。
• 通过计算节点的智能再分配，同时优化时序和代码大小。
• 为资源效率至关重要的嵌入式系统提供实用解决方案。

提出的方法

• 分析均匀嵌套循环中计算节点的数据依赖性和时序特性。
• 应用一种新颖的多维重定时变换，将计算在周期间重新分配，以实现完全并行化。
• 引入优化启发式方法，以最小化周期数并减少代码膨胀。
• 利用依赖图分析识别可减少开销的最优重定时向量。
• 通过迭代优化，在并行化收益与代码大小和时序约束之间实现平衡。
• 在编译器框架内实现该技术，以生成适用于嵌入式平台的优化循环代码。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何优化多维重定时，以在保持完全并行化的同时减少代码大小？
• RQ2 与现有技术相比，重定时对均匀嵌套循环中执行时间的影响如何？
• RQ3 能否通过智能选择重定时向量，同时最小化时序和代码大小开销？
• RQ4 与传统多维重定时相比，所提出方法在性能和资源使用方面优越的程度如何？
• RQ5 在重定时循环生成中，并行化、周期计数与代码大小之间存在何种权衡？

主要发现

• 所提出的最优多维重定时（OMDR）技术与现有多维重定时方法相比，平均执行时间减少19.31%。
• OMDR 相较于以往的重定时技术，平均代码大小减少43.53%。
• 该方法成功在均匀嵌套循环中实现了完全并行化，同时显著降低了资源开销。
• 实验结果证实，OMDR 在时序和代码大小指标上均优于传统重定时技术。
• 该技术在代码大小和周期计数为关键约束的嵌入式系统中尤为有效。