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高效并行編程：英特爾的魔法帽

在話題進(jìn)入有關(guān)至強(qiáng)融核的并行編程之前，我們首先要來(lái)看看英特爾為至強(qiáng)融核所準(zhǔn)備的軟件開發(fā)環(huán)境。從開源工具的角度來(lái)看，雖然gcc只能編譯核心，而不能編譯應(yīng)用程序，但用戶仍然有Python可用。Debug工具和編譯庫(kù)也有對(duì)開源平臺(tái)的相應(yīng)支持，但是在分析工具、工作負(fù)載計(jì)劃上，我們并未看到開源平臺(tái)的蹤影。

但英特爾事實(shí)上一直擁有完整的軟件開發(fā)、編譯生態(tài)環(huán)境支持，推出了大量的相關(guān)軟件產(chǎn)品，包括英特爾C++編譯器、Fortran編譯器，以及Debug工具、VTune Amplifler XE等軟件支持，而在工作負(fù)載規(guī)劃上，像Altair PBS Professional、Adaptive Computing Moab等第三方工具也提供了良好的支持。總的來(lái)說(shuō)，至強(qiáng)融核的軟件開發(fā)環(huán)境是比較完整和健全的。

話題回到編程上來(lái)，英特爾并行編程傳播總監(jiān)James Reinders有兩句話非常值得回味，其一是“Don't touch my software!Don't touch my data!(不要觸碰我的軟件，不要?jiǎng)游业臄?shù)據(jù)!)”其二是“Very Important, yet Nobody Gets a Free Lunch!(并行編程很重要，但是沒(méi)有人能吃到免費(fèi)的午餐)”他的兩句話對(duì)于了解至強(qiáng)融核的編程、編譯、軟件平臺(tái)有非常重要的意義。

James Reinders以SAXPY為例，通過(guò)Fortran改寫串行代碼為并行，進(jìn)行了至強(qiáng)E5處理器運(yùn)行串行代碼、至強(qiáng)E5處理器運(yùn)行并行代碼和至強(qiáng)融核運(yùn)行并行代碼的三個(gè)計(jì)時(shí)測(cè)試，得到的就是上面的69.097、0.460和0.197的三個(gè)數(shù)值。

注意上面的細(xì)節(jié)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，要想獲得性能的提升——無(wú)論是至強(qiáng)還是至強(qiáng)融核——最關(guān)鍵的其實(shí)是將原有的代碼進(jìn)行并行化改造，這種并行化改造成本和時(shí)間顯然會(huì)是非常高昂的，但是其帶來(lái)的性能提升又是顯著的，那用戶該如何取舍呢?而針對(duì)業(yè)界已經(jīng)發(fā)展多年的CUDA編程及NVIDIA的GPGPU平臺(tái)，到底至強(qiáng)融核在編程上是否有“便宜的午餐”?

首先我們需要了解，并行時(shí)代本來(lái)就是編程并行化的趨勢(shì)，無(wú)論是將串行編程改變?yōu)橥ㄓ貌⑿羞�是高度并行的代碼，無(wú)論是在并行時(shí)代使用至強(qiáng)還是至強(qiáng)融核，都需要進(jìn)行并行化的編程，而目前我們絕大多數(shù)的應(yīng)用程序都是基于串行編程的。

這也就意味著我們需要對(duì)大量的串行代碼實(shí)現(xiàn)并行化改造，在這種改造中，肯定會(huì)出現(xiàn)可以高度并行或是只能普通并行的應(yīng)用劃分，但無(wú)論是哪一極，顯然進(jìn)行并行化編程的時(shí)候，用戶都不會(huì)希望針對(duì)至強(qiáng)和至強(qiáng)融核，或者說(shuō)多核主處理器和眾核協(xié)處理器進(jìn)行分別得編程，而基于英特爾的模式“Reality: Same source code (after we added parallelism) for Intel Xeon processor and Intel Xeon Phi coprocessor”，這顯然會(huì)是一種更為簡(jiǎn)單的方式，雖然可以想見(jiàn)針對(duì)至強(qiáng)和至強(qiáng)融核的復(fù)雜的編程——SAXPY實(shí)在是太簡(jiǎn)單、太基礎(chǔ)了——仍然會(huì)有一定量的代碼修正工作，但是這已經(jīng)極大的減少了工作量。

這就像James Reinders所說(shuō)的，“不會(huì)有免費(fèi)的午餐”，但是用戶只要付出一定的代價(jià)，這頓午餐還是會(huì)吃的相對(duì)舒服和溫飽的，而且他也指出，至強(qiáng)和至強(qiáng)融核的同步并行編程最大的優(yōu)勢(shì)是生態(tài)環(huán)境(開發(fā)環(huán)境)的融合復(fù)用，他表示：“如果你想用相同的語(yǔ)言(比如Fortran)、相同的并行編程模型、熟悉的工具滿足高度并行的需要，至強(qiáng)和至強(qiáng)融核是最好的選擇�！�

James Reinders在演講中也特別提到：“編程并不像看起來(lái)那么容易，并行編程更是如此�！敝翉�(qiáng)和至強(qiáng)融核協(xié)處理器的混合架構(gòu)，至少還帶來(lái)一點(diǎn)好處：用戶可以進(jìn)行選擇，至少增加了一項(xiàng)針對(duì)高度并行計(jì)算的加速方案，而編程看起來(lái)雖有困難，但仍然有可以從至強(qiáng)處理器原本的并行編程中可以借鑒的地方——至少編程語(yǔ)言可以選擇Fortran和C++。

另外談一點(diǎn)題外話，至強(qiáng)融核以PCIe插卡形式增加在服務(wù)器中，而英特爾至強(qiáng)E5處理器也繼承了PCIe控制器和內(nèi)存控制器，這對(duì)于至強(qiáng)+至強(qiáng)融核形成更好的通信低延遲表現(xiàn)，相信會(huì)有更好的幫助。

而從編程的角度來(lái)說(shuō)，James Reinders在有關(guān)至強(qiáng)和至強(qiáng)融核的編程預(yù)覽文檔中給出了這樣的建議：

我們?nèi)绾螢閼?yīng)用程序選擇至強(qiáng)還是至強(qiáng)融核處理器呢?這里大致有兩個(gè)基本考慮因素：

1、擴(kuò)展性：應(yīng)用程序的擴(kuò)展是否準(zhǔn)備好利用至強(qiáng)融核的高度并行計(jì)算能力?通常這是展現(xiàn)至強(qiáng)融核并行擴(kuò)展能力最有力的證據(jù)。

2、矢量和內(nèi)存的使用情況：其中分為：

a)對(duì)矢量單元有極強(qiáng)的需求

b)會(huì)更多的使用本地內(nèi)存帶寬，甚至超過(guò)了至強(qiáng)處理器所能提供的。

他認(rèn)為，如果應(yīng)用同時(shí)滿足這兩點(diǎn)，就可以計(jì)劃向至強(qiáng)融核遷移，反之，用戶則需要在考慮考慮——英特爾當(dāng)然還要顧及到至強(qiáng)處理器的市場(chǎng)份額問(wèn)題。