מספק התאמה טובה יותר עם פלטפורמות הנדסה חדשה

הדחף של הקוד מספק עבור הנדסה חדשנית הבאה

פלטפורמות חומרה הנדסיות מתפתחות בקצב חסר תקדים.מאדריכלות מחשוב heterogeneous המשלבת CPUs, GPUs ו FPGAs ל מאיצים ספציפיים לתחום עבור AI ו עיבוד אותות, התוכנה דורש הנוף אינה רק פונקציונלית אלא גם הסתגלות צוותים מעשיים כדי לתקן את תאימות הפעולה חלקה על פני פלטפורמות מגוונות אלה הוא כבר לא אופציונלי - זה תנאי מוקדם לביצועים, אמינות, ועלויות להופיע דיסציפלינה חדשה כדי לשנות את הפחתת יעילות חדשה.

מדוע מתן הוא חיוני עבור חומרה

התפתחות הנדסה Hardware

חומרה הנדסית מודרנית משתרעת על מגוון רחב של ארכיטקטורות: מעבדים רב-core, רבים-core GPUs, יחידות עיבוד עשרות או יחידות (TPUs), מאיצים ברשת עצבית, ולוגיקה ניתנת להגדרה מחדש (FPGAs) כל אדריכלות מגיעה עם היררכיות זיכרון ייחודי, צוותי הדרכה, ומודלים מקבילים של ביצוע.תוכנה שנכתבה עבור פלטפורמת יחיד, הומוגני לעתים קרובות לא יכול למנף את הפוטנציאל המלא של מכשירים חדשים אלה ללא שינוי.

קוד מורשת כמחסום

קוד מורשת צובר הנחות על החומרה הבסיסית.לדוגמה, קוד עשוי לנהל במפורש בריכות חוט עבור מודל GPU מסוים או להשתמש בטרינוטיקה של מברק עבור CPU מסוים. הפיכה הדוקה כזו יוצרת סיוטים תחזוקה כאשר נודדים לפלטפורמות חדשות. אספקת הפסקות אלה תלותיות, החלפת אינטראקציות קודמות קשות עם ממשקים מופשטים שניתן להחליף ללא מאמץ.

אופטימיזציה של ביצועים וקידום עתידי

סיפוק אינו רק על יצירת קוד עבודה - זה על ביצוע העבודה ביעילות.פלטפורמות חומרה מודרניות מתגמלות על איכות נתונים, וקטוריזציה, ומקבילות. על ידי מתן עקרונות אלה, מהנדסים יכולים לפתוח הישגים משמעותיים ביצועים. יתר על כן, בסיס קוד בעל ערך היטב מתאים יותר לאבולוציה חומרה בלתי צפויה, צמצום העלות והסיכון של הגירה עתידית.

אסטרטגיות מפתח לשיפור יעיל

פוליסות חומרה

הצעד היחיד המשפיע ביותר הוא לבודד קוד ספציפי חומרה מאחורי ממשקים מוגדרים היטב. השתמש ב-FLT:0Strategy PatternofLT:1 או FLT:2Bridge PatternFLT 3 כדי לאפשר החזרת חומרה שונה. לדוגמה, צינור עיבוד נתונים עשוי לחשוף FLT:0 עם יישום עבור CPU, GPU, ו- FPGA דורש רק יישום מופשט של עיבוד נתונים עשוי לחשוף מחדש של יישום חדש.

אופטימיזציה למקבילות ו- Vectorization

(ב) מקבילות ומבני נתונים לחשיפת מקבילות (Replace sequential Action withמקבילות באמצעות ספריות כמו FLT:0 OpenMPIRFLT:1,FLT:2CUDAFLT:3, או FLT:4oneAPIFLT:5 Restructstructures נתונים מ-Array-of-Strts (A) ל-R) יש צורך לעתים קרובות לשנות את ה-RIR-R (reative) ולשלם את ה-iFIR)

יישום שכבות קשיחות (HAL)

ALT:0 [HAL]Hardware אבסטרציה שכבתית 1 (HAL) מספקת API עקבי על פני פלטפורמות חומרה שונות, תוך שימת קוד ברמה גבוהה יותר מפרטים ברמה נמוכה.עבור מערכות משובצות, HAL עשוי לנהל GPIO, מפריע, ו-Timers. for high-ביצועים מחשוב, זה יכול להקצאת זיכרון מופשט, ניהול חוט, וסינכרון מכשירים כדי להציג את נקודות ה- HAL בדרך כלל עם גישה ל- HAL.

עובד פרופ'ורלינג ובנת'מרקינג

מתן מידע ללא נתונים הוא ניחושים.Integrate profiling Tools - כגון:0perfphFLT 1,FLT:2ValgrindofFLT 3, או פרופילים ספק חומרה - לזהות צווארי בקבוק לפני ואחרי שינויים.

פיתוח מודל-Driven ו- Code Generation

עבור מערכות אקולוגיות מורכבות חומרה, לשקול שימוש בגישות מונעות מודל שבו מפרטים ברמה גבוהה מתורגם אוטומטית קוד קידוד פלטפורמה-אופטימי. כלים כמו MATLAB / Simulink או DSLs (שפות דו-Specific) יכול ליצור קוד ייצור עבור CPUs, GPUs, ו- FPG AS ממודל יחיד. . , החל לאמץ עבודה כזו יכול להפחית באופן דרמטי את המאמץ ידני.

יתרונות של אספקת מערכת

סקלאלה וביצועים

קודים ממוחזרים אשר מאמצים מקבילות וקנה מידה מופשטת בחינון עם שדרוגים חומרה. יישום חד-פעמי המכוון מחדש לשימוש רב-תקרא יכול לראות מהירות ליניארית על מעבדים רב-coreים. בדומה, תוך פיזור הקרנלים בעלי יכולת אחידה ל-GPU באמצעות ממשק מאוחד מניב שיפורים דרמטיים.

תחזוקה מופחתת Overhead

כאשר תלויות חומרה הן מקומיות, עדכון מודול יחיד או ספרייה הוא הרבה פחות מסוכן מאשר שינוי קוד על פני כל בסיס הקוד.המיקום הזה מקטין את הסיכוי להציג תוקפנות וסימולציות בדיקות.מהנדסים יכולים גם להחליף פלטפורמות מיושנות ללא נגיעה בלוגיקה עסקית.

קידום עתידי והצלחה

אדריכלות מספקת היא בלתי נמנעת יותר.כפי שפלטפורמות חומרה חדשות מופיעות – כגון שבבי שבבי שבב עצביים או יחידות עיבוד קוונטיות – אותה שכבת אבסטרקציה יכולה להכיל אותם עם הפרעה מינימלית.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

Over-Engineering The Affairion

קל ליצור מופשטות כל כך גנריות שהן הופכות מורכבות וקשה לתחזוקה.איי.איי עבור ה-FLT:0 (מינימום של אבסטרקציה מופשטת בת קיימא) אשר פותרת את הצרכים הנוכחיים תוך מתן אפשרות להרחבה עתידית.

בדיקות ואימות

מתן שינויים במבנה הפנימי, אשר יכול להציג פגמים עדינים. ליישם חבילת בדיקה חזקה, כולל בדיקות יחידה, בדיקות אינטגרציה ובדיקות חומרה-in-the-loop, לפני תחילת השימוש באינטגרציה רציפה כדי להפעיל את הבדיקות הללו בכל פלטפורמות היעד לאחר כל שלב מחדש.

לתת יותר מדי פעם

נציין גדול יכול להדגים את ההתפתחות של פיזור העבודה לצעדים קטנים, מצטברים, כל צעד צריך לשמר התנהגות חיצונית ולהיות בלתי-מבחינה עצמאית. גישה זו, המכונה FLT:0continent refactoring (FLT:1), מקטין את הסיכון ושומרת על מהירות צוות.

הפרקטיקה הטובה ביותר ליוזמה מוצלחת

יצירת מטרות ברורות ומסובכות

Define What Success נראה: זמן איסוף מופחת, השתפר באמצעות ערכת היעד, או הפחית זמן להוסיף חזרה חומרה חדשה. Quantify אלה מדדים לפני ואחרי כדי להפגין ערך לבעלי העניין.

מעורבים צוותים של תוכנות ותוכנות

מתן תאימות חומרה דורש הבנה עמוקה של שני התחומים. שיתוף פעולה פוסטר בין מהנדסי קושחה, מעצבי חומרה ומפתחי תוכנה. ביקורות עיצוב משותפות יכול לחשוף הנחות נסתרות ומובילות לפשטות טובה יותר.

שימוש ב-Moderting and Standards

אימוץ מערכות בנייה חוצה פלטפורמות (CMake, Bazel), כלי ניתוח סטטיים, ופורמטי קוד. השתמש בגירסה לשלוט באופן נרחב, עם סניפים וסקירות קוד תכונה. Leverage מכולות (Docker, Podman) כדי ליצור סביבות לבנות מחדש עבור מטרות חומרה שונות.

מסמך החלטות אדריכליות

להקליט את הרציונלי מאחורי אפשרויות מופשטות, ביצועים של עסקאות, וכבישים הגירה.אדריכלות החלטות רשומות (ADRs) הם קל מספיק כדי להיות נשמר לצד הקוד.תיעוד זה הוא בלתי יקר בעת ביצוע צוות חדש או שחזור החלטות שנים מאוחר יותר.

כלים וטכניקות לתמיכה

ניתוח סטטי ו Linting

(ב) ,2PylintveFLT:0) ,4 (ב) ,(ה-FLT: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כלי אספקת כלים אוטומטיים

(ב) כלי עזר ומסור יכולים להחדיר שלבים מכניים רבים: סמלים ניתוק, תמצית ממשקים, ושיטות הנעה. עבור בסיסי קוד גדולים, כלים כמו FLT:0ResharpercioFLT:1 (C#), מיצוי:2Clang-Tilang-TiveFLT 3: (C/C/C + ++), או FLT:4, תכונות LT5: Visual Studio 5 יכול להאיץ את התהליך.

שילוב מתמשך עבור מספר מטרות

הגדר צינורות CI אשר מעצבים ולבחון את הקוד עבור כל פלטפורמה חומרה מטרה.זה תופס בעיות תאימות מוקדם. השתמש ממטריקס בונה כדי להפעיל את אותה חבילת מבחן על x86, ARM ו מטרות GPU, להבטיח כי הגשמה לא לשבור פלטפורמה.

מקרה בנקודת המוצא: אישור GPU

שקול ספריית עיבוד תמונות מורשת המיועדת במקור עבור CPUs. הקוד נכתב עם לולאות סדרתיות ומבנים נתונים של AoS. כדי להוסיף תמיכה GPU, הצוות:

הניב את הקרנלים לממשק של ההרחבה (FLT:1).
מספק מבני נתונים לפורמט SoA כדי לשפר את הגישה לזיכרון מבוזרת ב- GPU.
⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
תוספת של OpenMP חזרה ל-CPU Fallback.
פרופיל ה-GPU backend ואופטימיזציה של דיקור הקרנל.

התוצאה: מהירות של 15x על ה- GPU תוך שמירה על פלט זהה.ה-CPU נשאר זמין עבור debugging ועבור מערכות ללא GPUs.העלות האבפשטונית הייתה בערך שלוש ⁇ ות צנועות.

משאבים חיצוניים לקריאה נוספת

(ה) הבנה עמוקה יותר של עקרונות המימוש, מתייחסת לתבניות העבודה של מרטין פיולר (FLT:0) של יצירתו של קוד קיים (Accfactoring CodecioFLT:1) עבור תבניות חלקיקים מופשטות חומרה, ראה את ה-FLT:2ARMLink System IPFLT 3: 3.

מסקנה

מתן תאימות חומרה הוא לא פרויקט חד פעמי, אבל משמעת מתמשכת.על ידי התפיסות מופשטות, אופטימיזציה למקבילות, והפעלה של פרקטיקות שיטתיות, צוותי הנדסה יכולים להפוך בסיסים קודים נוקשים, ספציפיים פלטפורמה לתוך מערכות גמישות, ביצועים גבוהים כי לשגשג על פני פלטפורמות חומרה מגוונות.ההשקעה במתן פיצויי הנדסה מחדש בתחזוקה מופחתת, מהירה יותר זמן לשוק עבור מוצרים חדשים, ואת היכולת לרתום ביעילות את הכוח כדי לשמור על ידי ארגונים מובילים כדי לחזק ביעילות.