Есть ли параллелизм в произвольном алгоритме и как его использовать лучшим образом

Поговорим о вре́менных данных, служащих для информационного обмена между отдельными вычислителями в (максимально близкорасположенных) параллельных вычислительных системах.

Некоторое время назад я рассказывал о программном комплексе для выявления скрытого параллелизма в произвольном алгоритме и технологиях его, параллелизма, рационального использовании. Одним из компонентов этого комплекса является т.н. “универсальный вычислитель”, выполненный в соответствии с архитектурой Data-Flow (далее DF, пото́ковый вычислитель, описание здесь).

В публикации https://habr.com/ru/post/530078/ я рассказывал  о возможностях пото́кового (архитектуры Data-Flow, далее DF) параллельного вычислителя. Особенности выполнения программ на нём столь необычны и интересны, что о них следует сказать “два слова”. Эксперименты проводились на компьютерном симуляторе DF-машины, входящем в исследовательский комплекс для выявления параллелизма в произвольном алгоритме и выработке рационального расписания  выполнения этого алгоритма на гомогенном или гетерогенном поле параллельных вычислителей (та же публикация).

Продолжаем наши исследования по выбору рациональных планов (здесь к месту использование термина  каркасов, ибо на этом этапе от конкретных технологий параллельного программирования будем абстрагироваться) выполнения параллельных программ (ПВПП) по графовому описанию
алгоритмов. Приоритетом при этом будем считать  получение ПВПП с максимальным использованием вычислительных ресурсов (собственно параллельных вычислителей), такая цель соответствует представлению о плотности кода (об этом понятии подробнее ниже).

Естественным перед началом анализа будет указание ограничений на ширину и глубину исследований. Принимаем, что многозадачность в рассматриваемых параллельных системах осуществляется простейшим путём - перегрузкой всего блока (связки) выполняющихся операторов (одновременное выполнение операторов разных программ не предполагается) или же система работает в однозадачном режиме; в противном случае высказанное в предыдущей фразе утверждение может быть неверным. Минимизация   объёма устройств временного хранения данных (описано здесь) проводиться не будет. На этом этапе исследований также не учитываются  задержки времени на обработку операторов и пересылку данных между ними (для системы SPF@home формально эти параметры могут быть заданы в файлах с расширениями med и mvr).

В предыдущей публикации была описана технология получения ПВПП на основе модели потокового (Data-Flow) вычислителя. Обычно считают, что правила выбора операторов для выполнения в такой машине подчиняются логике действия некоторых сущностей, совместно выполняющих определённые  действия – “актёров” (actors); при этом естественным образом моделируются связанные с характеристиками времени параметры обработки операторов. В общем случае при этом отдельные операторы выполняются асинхронно.  В публикации показано, что описанный принцип получения ПВПП приемлем (при выполнении несложных условий) и для машин архитектуры VLIW (Very Long Instruction Word, сверхдлинное машинное слово),  отличающихся требованием
одновременности начала выполнения всех операторов в связке. В расчётах использовали модель ILP (Instruction-Level Parallelism,  параллелизм  уровня машинных команд).

Основные данные вычислительных экспериментов по реорганизации ярусно-параллельной формы  (ЯПФ) информационных графов алгоритмов (ТГА) приведены в предыдущей публикации. Цель текущей публикации – показать окончательные результаты исследований разработки расписаний выполнения параллельных программ  в показателях вычислительной трудоёмкости собственно преобразования  и качества полученных расписаний. Данная работа является итогом вполне определённого цикла исследований в рассматриваемой области.