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SIMD-to-RVV动态二进制翻译中的跨架构编程模型适配优化
1
作者
赖远明
李亚龙
+3 位作者
胡瀚之
谢梦瑶
王喆
武成岗
《计算机研究与发展》
北大核心
2025年第6期1469-1491,共23页
RISC-V因其开源和模块化设计等特性,已在嵌入式领域取得显著成功,并逐步向高性能计算(HPC)领域拓展.面向HPC的RISC-V硬件(如Sophon SG2042多核处理器)已展现出与x86/ARM同类型产品相当的性能水平,但不完善的软件生态是阻碍其发展的最大...
RISC-V因其开源和模块化设计等特性,已在嵌入式领域取得显著成功,并逐步向高性能计算(HPC)领域拓展.面向HPC的RISC-V硬件(如Sophon SG2042多核处理器)已展现出与x86/ARM同类型产品相当的性能水平,但不完善的软件生态是阻碍其发展的最大障碍之一.开发了面向RISC-V的进程级动态二进制翻译(DBT)器RVBT,用于将成熟的x86软件生态移植到RISC-V平台,加速RISC-V在HPC领域的应用进程.针对HPC程序广泛依赖SIMD指令的特性,聚焦于解决SIMD与RVV间显著的编程模型差异导致的翻译性能瓶颈问题,提出了3项创新的优化方案.x86SIMD将数据类型硬编码于操作码,而RVV需动态配置vtype和掩码寄存器,这导致直接翻译产生了大量冗余操作,严重拉低了翻译运行的效率.通过充分利用程序数据类型的局部性,优化方案可删除跨架构适配编程模型导致的冗余设置,混合使用浮点扩展和向量扩展翻译SIMD指令并按需同步数据,大幅提升了SIMD指令的翻译运行效率.3项优化方案具备通用性,也适用于ARM平台的SIMD到RVV的翻译.实验表明,以SPECCPU2006作为测试集,优化方案对csrr,vsetvl,vsetvli指令的平均动态消除率分别达到了100%,100%和56.31%,在浮点测试集上,掩码设置操作的平均动态消除率达到了74.66%,数据的平均动态同步率为67.35%.优化后的RVBT在整点和浮点测试集上的平均运行效率达到了本地执行的47.39%和40.06%,相比优化前的加速比分别为1.21和8.31,并远超QEMU18.84%和4.81%,展现出了应用于部分HPC场景的潜力.
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关键词
二进制翻译
RISC-V向量扩展
x86SIMD
跨架构编程模型适配
浮点计算
冗余设置消除
混合翻译
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职称材料
题名
SIMD-to-RVV动态二进制翻译中的跨架构编程模型适配优化
1
作者
赖远明
李亚龙
胡瀚之
谢梦瑶
王喆
武成岗
机构
处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所)
中国科学院大学
郑州大学河南先进技术研究院
出处
《计算机研究与发展》
北大核心
2025年第6期1469-1491,共23页
文摘
RISC-V因其开源和模块化设计等特性,已在嵌入式领域取得显著成功,并逐步向高性能计算(HPC)领域拓展.面向HPC的RISC-V硬件(如Sophon SG2042多核处理器)已展现出与x86/ARM同类型产品相当的性能水平,但不完善的软件生态是阻碍其发展的最大障碍之一.开发了面向RISC-V的进程级动态二进制翻译(DBT)器RVBT,用于将成熟的x86软件生态移植到RISC-V平台,加速RISC-V在HPC领域的应用进程.针对HPC程序广泛依赖SIMD指令的特性,聚焦于解决SIMD与RVV间显著的编程模型差异导致的翻译性能瓶颈问题,提出了3项创新的优化方案.x86SIMD将数据类型硬编码于操作码,而RVV需动态配置vtype和掩码寄存器,这导致直接翻译产生了大量冗余操作,严重拉低了翻译运行的效率.通过充分利用程序数据类型的局部性,优化方案可删除跨架构适配编程模型导致的冗余设置,混合使用浮点扩展和向量扩展翻译SIMD指令并按需同步数据,大幅提升了SIMD指令的翻译运行效率.3项优化方案具备通用性,也适用于ARM平台的SIMD到RVV的翻译.实验表明,以SPECCPU2006作为测试集,优化方案对csrr,vsetvl,vsetvli指令的平均动态消除率分别达到了100%,100%和56.31%,在浮点测试集上,掩码设置操作的平均动态消除率达到了74.66%,数据的平均动态同步率为67.35%.优化后的RVBT在整点和浮点测试集上的平均运行效率达到了本地执行的47.39%和40.06%,相比优化前的加速比分别为1.21和8.31,并远超QEMU18.84%和4.81%,展现出了应用于部分HPC场景的潜力.
关键词
二进制翻译
RISC-V向量扩展
x86SIMD
跨架构编程模型适配
浮点计算
冗余设置消除
混合翻译
Keywords
binary translation
RISC-V vector extension
x86 SIMD
cross-architecture programming model adaptation
floating-point computation
redundant configuration elimination
hybrid translation
分类号
TP314 [自动化与计算机技术—计算机软件与理论]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
SIMD-to-RVV动态二进制翻译中的跨架构编程模型适配优化
赖远明
李亚龙
胡瀚之
谢梦瑶
王喆
武成岗
《计算机研究与发展》
北大核心
2025
0
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职称材料
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