Привет, Хабр! Я Андрей Соколов, инженер-программист в группе разработки математических библиотек. Месяц назад моя коллега Валерия запустила цикл статей про матричные расширения, ускоряющие операции над матрицами. Вы уже смогли узнать, что они делают и какие существуют, какие из них разрабатываются для открытой архитектуры RISC-V.

В заключительной статье цикла разберем пример использования матричного расширения T-Head под RISC-V для реализации алгоритма матричного умножения. Сначала кратко рассмотрим наивную скалярную реализацию и блочный вариант алгоритма. Затем реализуем аналогичный вариант с использованием матричного расширения — как для квадратных матриц, так и матриц произвольного размера. Второй случай интересен тем, что возникает необходимость обработки так называемых «хвостов» — блоков неправильной конфигурации. В заключение немного расскажу, какие идеи можно использовать для дальнейшей оптимизации матричного умножения, и поделюсь полезными ссылками.

Статья не показывает пошаговую оптимизацию умножения матриц для достижения максимума FLOPS и не учит, как писать вычислительные ядра на ассемблере. Она демонстрирует использование матричного расширения и основные идеи оптимизации матричного умножения. Постарался описать все простыми словами, с иллюстрациями и небольшими вставками кода.

Продолжим нашу «антологию матричных расширений» текстом про независимое матричное расширение RISC-V от компании T-Head. 

Почему мы рассматриваем именно его? Интересно понять, что из себя представляет будущее стандартное матричное расширение RISC-V, попробовать реализовать алгоритм с его использованием, соотнести это со своим предыдущим опытом низкоуровневых оптимизаций. Кроме того, это интересная возможность попробовать написать программу для расширения, которого еще нет ни в одном процессоре, и запустить ее на эмуляторе.

А еще ISA этого расширения весьма минималистична и, на мой взгляд, идеально подходит для тех, кто никогда не использовал матричные расширения в своем коде, но хочет попробовать (или узнать, как это выглядит изнутри). Не переживайте, текст не требует опыта низкоуровневых оптимизаций математических библиотек: погружение в матрицу будет постепенным.

Матричное расширение ISA CPU… Что это и что оно делает? Уже из названия понятно, что это расширение позволяет ускорять операции над матрицами на CPU. Но задумывались ли вы когда-нибудь, какие они бывают, когда появились, кто и как их создает?

Меня зовут Валерия Пузикова, я эксперт по разработке ПО в компании YADRO, к.ф.-м.н. Около 15 лет разрабатываю численные методы для решения задач линейной алгебры, дополненной и виртуальной реальности, аэрогидродинамики. Вычислительные задачи таких классов всегда приводят к работе с матрицами больших размерностей, поэтому критически важным становится ускорение матричных операций, в том числе с помощью расширений. 

Матричные расширения появились не так давно — чуть более трех лет назад. Несмотря на это, они есть у каждой уважающей себя процессорной архитектуры, в том числе и у относительно молодой открытой RISC-V. Почему их так много и чем они отличаются? Поддерживаются ли разреженные матрицы? Об этом и многом другом вы узнаете из статьи. Приготовьтесь, будет интересно и (спойлер!) без многоэтажных формул. 

Открытая архитектура RISC-V активно развивается: в стандарт добавляются новые расширения и инструкции, разрабатываются новые ядра и SoC. Поскольку многие компании видят перспективы архитектуры и готовы использовать ее в продакшене, создается программный стек для высокопроизводительных вычислений — RISC-V HPC (High Performance Computing). Прогресс сопровождает формирование нового тренда — OpenHPC. Он заключается в технологической независимости от решений коммерческих компаний. Причем это относится не только к ПО, но и к железу. 

Чтобы концепция OpenHPC реализовывалась быстрее, нужно, чтобы к инициативе присоединилось как можно больше компаний, помогающих в развитии экосистемы решений для RISC-V HPC. Меня зовут Андрей Соколов, я инженер-программист в компании YADRO. В R&D-команде мы поставили перед собой задачу: изучить, как можно поддержать архитектуру RISC-V со стороны библиотек линейной алгебры BLAS и LAPACK. Тестирование одной из open source-библиотек привело нас к интересным открытиям, о которых я расскажу под катом.