Multicore programming

Requis : principes des systèmes informatiques, tels que visés par le cours LINFO1252 

Pendant longtemps, les CPU à usage général se sont concentrés sur la prise en charge efficace d'un seul thread d'exécution. Des améliorations dans la fabrication des puces ont permis d'empaqueter plus de transistors sur la même surface d'une plaquette de silicium, et de faire fonctionner des processeurs résultants à des fréquences plus élevées. Les applications monothread s'exécuteraient simplement plus rapidement avec chaque nouvelle génération de processeur. Cette ère est maintenant terminée. L'industrie a connu plusieurs limitations connues sous le nom de mur de puissance, de mur de mémoire et de mur d'ILP. Les fabricants de puces ne sont plus en mesure d'augmenter verticalement les processeurs prenant en charge un seul thread d'exécution, ils ont commencé à regrouper plusieurs unités d'exécution plus simples, ou coeurs. L'exploitation de la puissance de plusieurs coeurs nécessite l'exploitation du parallélisme dans les applications utilisant plusieurs threads. L'écriture de code concurrent nécessite l'identification et la gestion de la concurrence, et l'introduction de la synchronisation nécessaire pour l'exactitude. L'écriture de code concurrent évolutif et performant nécessite de comprendre ce compromis entre la synchronisation et le parallélisme et de maîtriser des implémentations efficaces de structures de données partagées et d'algorithmes pour une exécution simultanée. Enfin, les processeurs multicoeurs emploient une disposition de mémoire complexe, et l'hypothèse de temps d'accès mémoire uniformes n'est plus valide. Comprendre l'impact des accès mémoire non uniformes (NUMA) est donc important pour écrire du code efficace pour les processeurs multicoeurs.

Ce cours fournira aux étudiants les outils et les connaissances nécessaires pour écrire un code efficace et évolutif pour les processeurs multicoeurs modernes. Il détaillera les mécanismes disponibles pour la synchronisation, depuis l'implémentation de constructions de langage telles que verrous, moniteurs ou variables de condition, aux utilisations directes des primitives de synchronisation fournies par le CPU (par exemple compare-and-swap) pour construire des structures de données efficaces et évolutives . Il mettra l'accent sur les aspects de performance de la programmation multicoeur: l'impact des primitives de synchronisation, l'impact de l'accès à la mémoire non uniforme et l'impact des hiérarchies de mémoire à plusieurs niveaux. Il offrira enfin une ouverture vers l'avenir de la programmation multicoeur avec une introduction à la mémoire transactionnelle et au support de l'exécution spéculative dans les CPU modernes (par exemple Intel Haswell), et discutera du modèle d'exécution du code concurrent s'exécutant sur les GPU.