浅谈atlas在龙芯2f上的访存优化

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1、中国科学技术大学硕士学位论文ATLAS在龙芯2F上的访存优化姓名：苏波申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：顾乃杰20090501摘要BLAS是很重要的标准数学库，它主要是一系列矩阵与向量基本操作的集合，其运算性能的测试也是高性能计算机的重要评测手段。为发挥国产龙芯2F微处理器的计算性能，本文在基于龙芯2F处理器的高性能计算机系统KD．50．I上进行BLAS通用优化版本ATLAS的针对龙芯体系结构的优化。本文首先介绍了BLAS的函数功能，并着重分析了ATLAS实现时采用的矩阵和向量的存储数据结构。不

2、同的函数具有不同类型数据结构的参数，直接影响到ATLAS对各函数的优化和实现。随后介绍了龙芯2F体系结构，特别是对程序性能影响最大的流水线结构和存储器结构特点。基于龙芯2F体系结构特点和ATLAS各级函数的运算特征，提出一系列方法来优化ATLAS各函数的性能。主要的优化目标在于函数的访存方式，通过调度指令，尽可能地将计算时间隐藏于访存之中，同时有效利用内存以及cache特性，减少内存访问时间，以达到加快程序运行的目的。然后，根据BLAS二级函数的特点，将对BLAS2的优化目标确定在对内存的访问方式上，通过循环

3、展开减少内存访问次数，并利用龙芯2F的非阻塞cache机制形成内存访问流水线，加快内存访问速度，消除ATLAS函数运行时的性能波动，最终将BLAS二级函数性能提升30％以上。最后，通过对cache的有效利用，采用数据预取、矩阵分块以及部分拷贝等手段来减弱大规模参数下函数产生的cache失效问题，并使用循环展开方法减少对内存和cache的访问次数，优化后的BLAS3单精度函数性能较ATLAS提高近80％，而双精度函数性能提升50％以上。本文提出的各种方法对即将推出的龙芯3号处理器上的高性能BLAS实现有重要的参

4、考意义。关键词：龙芯2FATLAS循环展开指令调度数据预取cache失效。ABSTRACTAsanimportantMathematicStandardlibrary,BLAS(basiclinearalgebrasubroutirleslmainlysolvesthebasicoperationsofmatrixandvector．TestingofBLAS，sperformanceisacrucialmeanstoevaluateHighPerformanceComputers·ATLASisagener

5、aloptimizedversionofBLAS．InordertoachievehighusageofLoongson2FmicroprocessoLthisthesisimplementstheoptimizationofATLASonKD．50．I,whichisaHighPerformanceComputerbasedOnLoongson2F．Firstly'thisthesisintroducesthecharacteristicsofLoongsonarchitecture，especiallyt

6、hestructuresofpipMineandmemorywhichhavegreatinfluenceontheperfon】1anceofprogram．ThenthearticlestudiesthedatastructureofATLASde组iledlv．Di脏rentdatastructureleadstodifferentfunctionimplementationsandoptimization．AccordingtocharacteristicsofLoongsonarchitecture

7、andATLAS’Scomputingfeatures．asetoftechniquesareproposedtooptimizeBLASsubprograms·Themainobiectiveofthesetechniquesismemoryaccessapproach．Hidingthecomputingtlmebehindofmemoryaccessviainstructionscheduling，andefficientusageofmemoryandcachecanachievethepurpose

8、ofhighperformanceATLASoptimization·ByexploitingLoopUnrollingtechniquetodecreasememoryaccesstrequency，applyingnonblockingcachemechanismtoformmemoryaccesspipemle，mepe南nnaJlcofoptimizedBLAS2isimprovedto30