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IBM CellBE Workshop内容和重点

2012年01月17日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3021字 ⁄ 字号 评论关闭
有幸参加了IBM的这个training,不过由于IBM自己管理的失误,很多人没能知道培训地点,在此特别鄙视一把。为期2天的training我参加了1天半,由2个IBM北京的讲师轮番上阵,嗯,分别是龚大和潘大。废话少说,切入正题。

首先是Cell的架构,应该已经很熟悉了,即使你不鸟IBM,PS3的硬件spec上也写着:PPE+8SPE,9个核,10个硬件thread。PPE是legacy Power5的架构,把它当Power5使没问题,完全兼容,有L1,L2两个cache。8个SPE,包含SPU向量处理器,为了向量处理和SIMD设计的,128个128bit通用寄存器(真多),dual issue channel,非常快,没有硬件cache设计。SPE还包含LS(256K),用于SPU的本地存储器,latency也非常小、MFC用于DMA控制。EIB作为PPE和SPE之间的高速总线。

然后是开发环境。Cell SDK目前是2.1版本,跑在linux上。龚大说9月份会release 3.0,里面xlc的一些超强优化特性以及FDPR-Pro的SPE版本都会出现。好,不管以后的版本多么fancy,先来看手头有的东西: toolchain和compiler,当然是C/C++的,分别对应PPU的和SPU的有2份,所以会编译出两种executable格式。编译器可以用gcc或者IBM自己的xlc,据说xlc稍后的版本会有auto vectorization之类的功能粉墨登场,敬请期待。其他的工具链的东西可以参考普通x86上linux的那一套,基本用法当然是一模一样的。除此之外,IBM的工程师们还提供了很多profiling工具,比如静态的SPU timing工具,可以生成汇编代码和时序图、还有FDPR-Pro,对二进制代码进行无人工参与的优化,不过目前只对应PPU。为了方便大家发挥Cell的实力,IBM中国的lab也搞了一个叫ALF(Accelerated Library Framework)的东西,据说可以大大简化程序员拆分workload的工作,可以以脚本(还是GUI?忘记了)的方式定义workload,然后可以让程序自动优化处理时机,这个东西在培训中没有讲到,看来要好好关注一把。 最后么,还有些Eclipse插件,以及Cell的官方模拟器,这玩意儿将在运行时profiling中起到非常重大的作用,可以在里面看到每个cycle、SPU执行状态以及CPI(Cycle Per Instruction,据说普通程序可以优化到1.0左右,变态计算可以到0.6-0.7)和miss branching、dural issue rate等重要profiling数据,但缺点就是太慢,我在IBM的教室里,P4的老机器,跑win2k,再跑vmware上的fc6,再在fc6里跑simulator,又起来一个linux,即使是fast mode,模拟器工作的都很慢,如果是cycle mode,据说5秒钟的程序可以跑上4个小时。

以上就是IBM目前能提供给Cell开发者的一些东西,当然也可以去alphaworks多逛逛,看看有什么新货。

接下来说说如何使Cell变得更强。基本上,PPE会作为一个程序协调者的身份,用来调度所有SPE的工作、准备SPE的数据等等。而大量的数据密集的计算将落在这8个SPU的身上。SPU不要看它小,小也是小强,前面说了,是个高速向量机,所有的指令都是向量指令,即使是标量的计算也要转换到向量指令做。想起什么来了?GPU是吧。我个人感觉Cell的位置是在传统CPU和GPU之间,对pipelining的要求没那么变态,也不会有什么shader标准来让你束手束脚的做GP,但是又拥有general processor不具备的变态的向量处理能力,比较灵活,但效率可能没有GPU这么高,毕竟人家太专业了(PS3上folding at home还是比不过GPU的版本,但是比PC CPU版本要强多了)。哦,说远了。话说要让SPU发挥能力,主要看2方面。一是PPE能不能对SPE进行有效通信,二是SPE如何利用向量指令并优化自己的算法。那么基本上这俩都是巨大的命题。以下简要谈谈:

PPE和SPE之间通信主要3种方式:mailbox,signal,DMA。感觉mailbox和singal有点类似,都像是信号量一类的同步对象,不过是硬件级的。那么既然分这2个东西,那么一定是有不同的用途,这点需要稍后再作了解。DMA就很直观了,有了mailbox和signal做同步,那么DMA就可以放心的进行数据传输了,由于SPU只能对LS进行操作,所以会有大量的代码涉及到同步和DMA。

至于代码向量化,IBM的best practice是,如果对Cell和待实现的算法不熟悉的话,建议先在PPE上做scalar的版本,然后可以一步步移植到SPE上,比如先做内存对齐,再将scalar操作变为向量操作,最后审查算法的数据无关性,是否可以并行操作,以及可否分开到其他SPE上去完成。当然如果是Cell大师的话,直接写就可以了,不过貌似大师还没有生出来。Rapidmind也提供了很high level的解决方案,号称不用考虑硬件架构来写多核程序,不过貌似IBM的人不鸟之,还是觉得自家的ALF爽。不过IBM也承认这是个很大的问题,也不是一朝一夕可以解决的(Free lunch is over)。

那么以上基本就是第一天的内容,第二天就去了个上午,不过software programming model确实值得一听。这里就列举了几个有用的、常用的编程模型。比如streaming,几个SPU并行处理无关的数据,这在单个SPU处理能力足够的情况下较多采用、pipelining,几个SPU串行处理相关数据,但是难以作load balancing,在数据相关性大,以及单个SPU处理能力不足的情况下可以考虑。还有executable或者data超出LS的256K限制范围后,是用手动DMA,还是overlay程序段,或者采用software cache library来透明化LS和MM之间的隔阂。手动控制的DMA较适合data coherency较强的情况,若程序员知道一块大的block数据,那么最好使用这种方法。而software cache适合程序员需要random access大量MM数据的时候,而他对于数据coherency一无所知时,software cache可以提供较好的cache支持,因为SPE是没有硬件cache设计的。而一旦你的code size超出了LS的范围,就必须使用overlay来解决难题了,通过linker script来定义overlay的区域,但无须该动源码,而且不用担心会意外覆盖了程序空间。还有一些其他的model,比如kernel管理的SPU线程,离地球太远了(但好像VxWorks在做),不过自己管理SPU做cooperative multitask还是有实际应用价值的。

其他的还讲了SPU static timing的用法,生成的文件可以清楚的知道静态时序。以及通过模拟器动态运行,获得实际运行数据,除了太慢,都很好用。

最后回公司了,错过了他们一个mpeg2->H.264的实时转码的流媒体系统优化实例,可惜啊。买个PS3爽之。

几天后发现Wenle和潘大是同学……汗一个。

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