面向国产高性能加速器的LLVM编译器设计及优化

来源：计算机工程杂志2024年第4期北京时间：

作者：宋强, 唐俊龙, 陈照云, 时洋, 谭期轩, 肖紫阳, 邹望辉

单位：1. 长沙理工大学物理与电子科学学院, 湖南 长沙 410114;2. 国防科技大学计算机学院, 湖南 长沙 410073

摘要：国防科技大学自主研制的高性能加速器采用中央处理器(CPU)+通用数字信号处理器(GPDSP)的片上异构融合架构,使用超长指令集(VLIW)+单指令多数据流(SIMD)的向量化结构的GPDSP是峰值性能主要支撑的加速核。主流编译器在密集的数据计算指令排布、为指令静态分配硬件执行单元、GPDSP特有的向量指令等方面不能很好地支持高性能加速器。基于低级虚拟器(LLVM)编译框架,在前寄存器分配调度阶段,结合峰值寄存器压力感知方法(PERP)、蚁群优化(ACO)算法与GPDSP结构特点,优化代价模型,设计支持寄存器压力感知的指令调度模块;在后寄存器分配阶段提出支持静态功能单元分配的指令调度策略,通过冲突检测机制保证功能单元分配的正确性,为指令并行执行提供软件基础;在后端封装一系列丰富且规整的向量指令接口,实现对GPDSP向量指令的支持。实验结果表明,所提出的LLVM编译架构优化方法从功能和性能上实现了对GPDSP的良好支撑,GCC testsuite测试整体性能平均加速比为4.539,SPEC CPU 2017浮点测试整体性能平均加速比为4.49,SPEC CPU 2017整型测试整体性能平均加速比为3.24,使用向量接口的向量程序实现了平均97.1%的性能提升率。

关键词：通用数字信号处理器,低级虚拟器,编译器,指令调度,向量指令接口

基金资助：国家自然科学基金(62002366);柔性电子材料基因工程湖南省重点实验室开放基金(202015)。