[CppIndiaCon 2023] Découvrez Intel One API : une solution révolutionnaire pour la programmation multi-matériels

Table of Contents:

I. Introduction A. Overview of the One API Technology B. Intel's One API Initiative II. The Challenges of Hardware Diversity III. Introducing the One API Solution A. The Direct Programming Interface

1. Overview of Data Parallel C++
2. The Sickle Language and Community Extensions B. The API-Based Programming Libraries
3. Standard Template Library (STL)
4. Deep Neural Network Library (DNN)
5. Video Processing Library
6. Collective Communications Library (CCL)
7. Other Libraries (MKL, IPP, Thread Building Block) C. Analysis and Debug Tools
8. Intel Vtune Profiler
9. Intel Advisor
10. Intel Distribution of GDB
11. Intel One API for FPGA IV. The Base Toolkit and Domain-Specific Toolkits A. The HPC Toolkit B. The AI Analytics Toolkit C. The Rendering Toolkit D. The IoT Toolkit V. Benchmarking and Performance Optimization VI. Developing with DPC++ A. Kernel Definition and Compilation B. Buffers, Queues, and Parallel For C. Synchronization and Data Access D. Unified Shared Memory E. Performance Analysis and Optimization VII. Conclusion VIII. Resources

Introduction

Le secteur de l'informatique est confronté à un grand défi : la diversité du matériel informatique. Les différentes charges de travail nécessitent souvent l'utilisation de matériels spécialisés tels que les CPU, les GPU, les FPGA, etc. Cependant, il est souvent difficile de développer des programmes compatibles avec ces différents matériels, nécessitant ainsi une expertise et un développement coûteux.

C'est là qu'intervient la technologie One API. Il s'agit d'une initiative de l'industrie développée par Intel pour résoudre ce problème de diversité matérielle. Avec One API, les développeurs peuvent écrire un seul code source et le déployer sur différents matériels, en offrant ainsi une solution plus efficace et économique.

Dans cet article, nous explorerons en détail la solution One API d'Intel et les outils qui l'accompagnent. Nous aborderons également les méthodes de développement en utilisant DPC++ (Data Parallel C++), le langage de programmation clé de One API. Nous discuterons également des bonnes pratiques de synchronisation, d'optimisation des performances et de l'utilisation des bibliothèques spécialisées de One API.

Challenges du Hardware Diversity

Dans le monde informatique actuel, les charges de travail telles que le HPC (High-Performance Computing) et l'IA (Intelligence Artificielle) sont représentées de différentes manières en mémoire. Chaque type de matériel a évolué pour travailler efficacement avec des représentations spécifiques de ces charges de travail. Par exemple, les CPU sont efficaces pour travailler avec différentes structures de données, tandis que les GPU sont plus adaptés au traitement de vecteurs en mémoire.

Cependant, la plupart des solutions actuelles nécessitent l'utilisation de multiples matériels pour résoudre les problèmes complexes. Cela entraîne souvent des difficultés de développement et de gestion, car chaque matériel nécessite une programmation spécifique.

Introduction à la solution One API

Intel a développé l'initiative One API pour résoudre le défi de la diversité matérielle. Avec One API, il est possible de programmer plusieurs matériels à partir d'un point d'entrée unique. Cela permet aux développeurs d'écrire un seul code source qui peut être déployé sur différentes plateformes matérielles, tels que les CPU, les GPU, les FPGA, etc.

La solution One API comprend deux principales composantes : l'interface de programmation directe (Direct Programming Interface) et les bibliothèques de programmation basées sur l'API (API-based Programming Libraries).

L'interface de programmation directe

L'interface de programmation directe de One API est basée sur un langage appelé Data Parallel C++ (DPC++). Ce langage utilise la syntaxe et les constructions du langage C++, mais comprend également des fonctionnalités spécifiques à la parallélisation des données.

Avec DPC++, les développeurs peuvent écrire des programmes qui offloadent des portions de code vers différents matériels tout en utilisant une syntaxe familière. Cela permet une programmation plus efficace et réutilisable.

En plus du langage DPC++, il existe également des extensions communautaires qui permettent la transition rapide des programmes existants en C ou C++ vers DPC++. Ces extensions sont spécifiquement développées et supportées par Intel.

Les bibliothèques de programmation basées sur l'API

L'autre composante clé de One API est la bibliothèque de programmation basée sur l'API. Ces bibliothèques fournissent des fonctionnalités spécialisées pour différents matériels, tels que les calculs parallèles, le traitement vidéo et les réseaux neuronaux.

Les développeurs peuvent intégrer ces bibliothèques dans leurs programmes pour optimiser les performances et faciliter le développement. Les bibliothèques disponibles incluent la Standard Template Library (STL), la Deep Neural Network Library (DNN), la Video Processing Library, etc.

Les outils d'analyse et de débogage

Pour faciliter le développement avec One API, Intel propose également des outils d'analyse et de débogage. Ces outils comprennent le profilage de performance avec Intel VTune Profiler, l'analyse de dépendances avec Intel Advisor, et un débogueur optimisé avec la distribution Intel de GDB.

Ces outils permettent aux développeurs de comprendre et d'optimiser les performances de leurs programmes, de détecter les goulots d'étranglement et d'identifier les erreurs de synchronisation.

Le toolkit de base et les toolkits spécifiques aux domaines

One API est distribué sous forme de kits d'outils qui correspondent à différentes domaines d'application. Le toolkit de base comprend les compilateurs et les bibliothèques nécessaires pour développer des programmes compatibles avec One API. En plus du toolkit de base, Intel propose également des toolkits spécifiques aux domaines tels que le HPC Toolkit, le AI Analytics Toolkit, le Rendering Toolkit, etc.

Ces toolkits fournissent des fonctionnalités spécifiques à chaque domaine d'application, telles que des optimisations pour les calculs scientifiques, l'apprentissage automatique, le rendu graphique, etc.

Benchmarks et optimisation des performances

Pour évaluer les performances de One API, Intel propose une série de benchmarks basés sur des charges de travail réelles. Ces benchmarks permettent de comparer les performances de One API avec les solutions existantes, et de démontrer l'efficacité et la puissance de la technologie.

En utilisant ces benchmarks, les développeurs peuvent évaluer les performances de leurs propres programmes et identifier les points d'optimisation potentiels.

Développement avec DPC++

L'un des aspects clés de One API est l'utilisation de DPC++ pour le développement des programmes parallèles. DPC++ permet aux développeurs d'écrire des noyaux (kernels) qui seront exécutés sur les différents matériels offloadés.

Pour développer avec DPC++, les développeurs doivent définir leurs noyaux dans des fonctions lambda ou des objets foncteurs, puis les soumettre à une file d'exécution (queue) pour être exécutés sur le matériel correspondant.

Le développement avec DPC++ nécessite également une connaissance du modèle de mémoire partagée unifiée (Unified Shared Memory) qui permet aux données d'être partagées entre le CPU et le GPU de manière transparente.

Les développeurs peuvent utiliser les outils d'analyse et de débogage de One API, tels que Intel VTune Profiler et Intel Advisor, pour optimiser les performances de leurs programmes et détecter les erreurs de synchronisation.

Conclusion

One API d'Intel offre une solution puissante pour le développement de programmes compatibles avec divers matériels. En utilisant la technologie DPC++ et les bibliothèques spécialisées de One API, les développeurs peuvent écrire un code source unique et le déployer sur différents matériels, tout en optimisant les performances et en simplifiant le processus de développement.

Les outils d'analyse et de débogage de One API permettent également aux développeurs d'optimiser leurs programmes, d'identifier les goulots d'étranglement et de détecter les erreurs de synchronisation.

En conclusion, One API représente une avancée majeure dans le domaine de la programmation parallèle et multi-matériels, offrant une solution plus efficace et économique pour le développement de programmes compatibles avec différents matériels.

Ressources

• Software.Intel.com/OneAPI: Le site web officiel de One API d'Intel
• OneAPI.io: La communauté en ligne de One API, comprenant des forums, des formations et des webinaires réguliers
• Intel YouTube Channel: La chaîne YouTube officielle d'Intel, qui propose des vidéos de formation et des démonstrations de One API
• Data Parallel C++: Le livre de référence pour le langage DPC++, qui offre une compréhension approfondie de la programmation parallèle avec One API