Systematic analysis of the cache behavior of irregular codes

Abstract

[Resumen] El rendimiento de las jerarquías de memoria, en las cuales la caché juega un papel fundamental, es crítico en los computadores de proposito general actuales y en los sistemas embebidos, debido al creciente problema del cuello de botella del sistema de memoria. Desafortunadamente, el comportamiento de la caché es muy inestable y difícil de predecir. Esto es especialmente cierto en presencia de patrones de acceso irregulares, los cuales exhiben poca localidad. Tales patrones son muy comunes por ejemplo en aplicaciones en las cuales algunas referencias están afectadas por sentencias condicionales o en las que el almacenamiento comprimido de matrices dispersas da lugar a la aparición de indirecciones. SIn embargo, el comportamiento caché en presencia de patrones de acceso irregulares no ha sido estudiado ampliamente. En esta tesis presentamos extensiones de una técnica de modelado analítico sistemático basadas en PMEs (Ecuaciones probabilísticas de fallos) que permiten el análisis automático del comportamiento caché para códigos que incluyen sentencias condicionales cuyo valor de verdad puede no ser determinable en tiempo de compilación y códigos con referencias irregulares debidas a indirecciones, respectivamente. El modelo genera predicciones muy precisar a pesar de la irregularidad y tiene un bajo coste computacional siendo el primer modelo que reune estas dos características capaz de analizar automáticamente esta clase de códigos. Estas propiedades convierten al modelo en adecuado para servir de guía en optimizaciones del compilador. La extensión del modelo para códigos irregulares con indirecciones ha sido integrada en el compilador XARK, un compilador orientado al reconocimiento automático de kernels en aplicaciones científicas. Mostramos como explotar las potentes capacidades de extracción de información de este compilador para permitir el modelado automático de códigos científicos basados en bucles.