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試圖打破CUDA統(tǒng)治的SYCL

E4Life ? 來源:電子發(fā)燒友原創(chuàng) ? 作者:Leland ? 2022-06-28 09:48 ? 次閱讀
各式各樣的加速器在當(dāng)下的計(jì)算架構(gòu)中越來越普遍,HPC、數(shù)據(jù)中心等高端應(yīng)用開始追求更高的峰值性能,用到了專業(yè)GPUAI加速器,而手機(jī)嵌入式系統(tǒng)開始追求更高的能效,也在其SoC、MCU中加入一定的嵌入式加速硬件。但與此同時(shí),這樣復(fù)雜的多廠商、多架構(gòu)和多硬件生態(tài),為編程帶來了巨大的難題。但CUDA作為只面向英偉達(dá)GPU的封閉軟件生態(tài),其熱度卻水漲船高。
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提及各大編程語言的論文數(shù)量/ 谷歌學(xué)術(shù)

在軟件開發(fā)中,一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)層就是開發(fā)者產(chǎn)品方案接口規(guī)范,同樣的,處理器開發(fā)商們可以使用基于開放標(biāo)準(zhǔn)層的底層軟件驅(qū)動(dòng)創(chuàng)造解決方案。如此一來軟件開發(fā)者們無需捆綁在特定的硬件方案上,硬件開發(fā)者的硬件不僅可以兼顧自己維護(hù)的軟件,還能支持到更多的軟件開發(fā)人員。而且在普及之后,開發(fā)人員的技能更加具有普適性,他們可以方便地使用自己熟悉的開發(fā)工具。

對(duì)使用開放標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件公司來說,此舉可以加快產(chǎn)品上市時(shí)間,減少長期維護(hù)工作,而且在軟件方案廠商日益劇增的當(dāng)下,業(yè)界已經(jīng)普遍接受了開放標(biāo)準(zhǔn),就像RISC-V一樣,英特爾AMD甚至是英偉達(dá)也都對(duì)開放標(biāo)準(zhǔn)的定義做出了貢獻(xiàn),對(duì)于一些初創(chuàng)企業(yè)來說就更是如此了。

SYCL出世

從市場反饋來看,開發(fā)者的需求很明顯了,他們想要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的編程模型,擁有標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算庫、對(duì)Pytorch、Tensorflow等AI框架的支持、性能分析工具,以及對(duì)多個(gè)廠商不同硬件架構(gòu)的支持,而這些需求匯聚在一起,使得開放標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟Khronos Group聯(lián)合旗下成員打造出了SYCL這一編程語言。

SYCL作為跨越CPU、GPU、FPGA和AI加速器等多種架構(gòu)的一致性編程語言,每個(gè)架構(gòu)能單獨(dú)或整合編程。SYCL編程語言與其API擴(kuò)展能用于不同的開發(fā)用例,比如負(fù)載加速或異構(gòu)計(jì)算應(yīng)用,將現(xiàn)有的C、C++或其他加速器語言代碼轉(zhuǎn)換成SYCL代碼。
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SYCL的支持情況/ Khronos Group
在不同廠商的支持下,SYCL的實(shí)施方式有多種,他們?cè)黾恿藢?duì)OpenCL以外不同加速API后端的支持,比如Codeplay的ComputeCpp、英特爾的DPC++、AMD的hipSYCL以及Xilinx的triSYCL等。

英特爾的SYCL之路

英特爾對(duì)于SYCL的重視可以說顯而易見了,自從宣布轉(zhuǎn)向XPU+oneAPI的路線之后,英特爾就已經(jīng)與SYCL深度綁定了。不僅微軟、谷歌等巨頭宣布支持oneAPI,英特爾也和中科院計(jì)算所在內(nèi)的大型研究所、國家實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)合作成立了oneAPI卓越中心,借助他們的oneAPI開源代碼,進(jìn)一步擴(kuò)展oneAPI產(chǎn)品與規(guī)范。

oneAPI的核心則是其編程語言DPC++,英特爾的DPC++可以說是SYCL的超集,不僅包含了SYCL標(biāo)準(zhǔn),還包含一些功能擴(kuò)展,比如統(tǒng)一共享內(nèi)存等,不過目前其中不少擴(kuò)展也已經(jīng)并入了SYCL新版規(guī)范中。

不過SYCL遠(yuǎn)不僅是為了方便英特爾建設(shè)其跨架構(gòu)的軟件生態(tài),而是為了打破CUDA的統(tǒng)治,打造一個(gè)更加開放的軟硬件生態(tài),這點(diǎn)從英特爾在oneAPI的開發(fā)動(dòng)向就能看出。

此前英特爾對(duì)于CUDA并沒有任何動(dòng)作,反倒是其競爭對(duì)手AMD推出了HIP,幫助開發(fā)者將CUDA代碼移植至AMD平臺(tái)上,畢竟AMD還得發(fā)展GPU生態(tài)。但隨著英特爾的硬件路線已經(jīng)不單單是CPU,而是CPU、GPU、FPGA、IPU和AI加速器的多硬件異構(gòu)生態(tài),這時(shí)候打造一個(gè)CUDA之外的軟件生態(tài)是提升其產(chǎn)品競爭力的必經(jīng)之路了。

為了更好實(shí)現(xiàn)對(duì)CUDA代碼的移植,英特爾推出了DPC++兼容性工具(DPCT),目前版本的DPCT已經(jīng)可以將90%到95%的CUDA代碼轉(zhuǎn)換成SYCL。不過這只是一個(gè)理想范圍,具體數(shù)值還是取決于代碼對(duì)應(yīng)的工作負(fù)載。對(duì)于簡單的CUDA程序來說,完成DPC++的移植只需要對(duì)CUDA源文件運(yùn)行這一轉(zhuǎn)換工具即可,相對(duì)復(fù)雜的CUDA程序還是需要一定的手動(dòng)編程優(yōu)化。

今年6月,英特爾公布消息,決定收購Codeplay公司。要說對(duì)SYCL的研究,除了英特爾以外,最深入的當(dāng)屬Codeplay了,畢竟就連SYCL工作組的主席也是來自Codeplay的杰出工程師MichaelWong。Codeplay不僅提供了多種處理器上SYCL的支持,也支持將CUDA代碼移植為SYCL,同時(shí)保證SYCL代碼在英偉達(dá)GPU上的繼續(xù)運(yùn)行,還能調(diào)用一些CUDA庫。

Codeplay的方案支持覆蓋英特爾、AMD、英偉達(dá)的處理器,而且他們也開始了對(duì)汽車ADAS(瑞薩R-Car)、邊緣計(jì)算設(shè)備(ImaginationPowerVR)與RISC-V處理器(晶心科技NX27V)的支持開發(fā)工作。后三者恰好是SYCL當(dāng)前未曾開拓的市場,但卻是英特爾正在發(fā)力的三大市場,加上Codeplay本身在HPC、AI上的軟件開發(fā)實(shí)力,如此看來,英特爾收購Codeplay完全符合其戰(zhàn)略目標(biāo)。

結(jié)語

盡管SYCL的構(gòu)想是好的,其發(fā)展路線也是傾向于開發(fā)者,但這并不代表著就一定能取代CUDA的位置,畢竟SYCL其實(shí)也才誕生沒多久,與CUDA、OpenCL或OpenMP相比生態(tài)發(fā)展還沒有成熟。再者就是統(tǒng)一各種硬件的編程并沒有那么簡單,正如英偉達(dá)CEO黃仁勛曾經(jīng)提出的質(zhì)疑:時(shí)間會(huì)揭曉一個(gè)編程方法是否能兼容七種不同的處理器,至少歷史上從未出現(xiàn)過。
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