В статье рассматриваются вопросы гибкости программировании для Cell Broadband Engine, совместно разработанной компаниями IBM, Sony и Toshiba. Это горячо обсуждаемая тема в сообществе программистов-многоядерщиков. Предполагается, что читатель уже располагает базовыми знаниями об архитектуре Cell/B.E. и о возможностях её производительности. Если же это ваша первая встреча с Cell/B.E., то, прежде чем продолжить чтение, рекомендуется обратиться к следующим статьям:

• "Introduction to the Cell Broadband Engine" (IBM, октябрь 2005 г.)
• "Programming high-performance applications on the Cell/B.E. processor, Part 1: Intro to Linux® on PlayStation 3" (developerWorks, январь 2007 г.).
• "Programming high-performance applications on the Cell/B.E. processor, Part 2: Program PlayStation 3 SPEs" (developerWorks, февраль 2007 г.).
• "Programming high-performance applications on the Cell/B.E. processor, Part 3: Meet the SPU" (developerWorks, февраль 2007 г.).
• "Programming high-performance applications on the Cell/B.E. processor, Part 4: Program the SPU for performance" (developerWorks, март 2007 г.).
• "A Programming Example: Large FFT on the CBE" (IBM, октябрь 2005 г.).

В нашей статье:

• Обсуждается применение существующих навыков программирования к процессору Cell/B.E.
• Предлагается три подхода к программированию на платформе Cell/B.E.
• Представляется имеющийся инструментарий, программное и аппаратное обеспечение

Использование существующих навыков

При разработке для Cell/B.E. можно использовать существующие навыки разработки, включая навыки программирования, навыки ИТ-администрирования и существующие навыки параллельного программирования. Кроме того, аппаратные средства на базе Cell/B.E. могут быть включены в существующую инфраструктуру, что облегчает администрирование решений на базе Cell/B.E. На рис. 1 показаны различные кросс-отраслевые системы на Cell/B.E., в которых работает одно и то же программное обеспечение для SPE.

Как можно видеть на Рис. 1, существует целый спектр платформ с Cell/B.E., полностью поддерживающих программы для Cell/B.E. Одна и та же SPE-программа работает в самом широком диапазоне от потребительских продуктов до коммерческих, корпоративных и высокопроизводительных вычислительных систем. Кроме того, такие системы поставляются многими производителями отрасли, что также демонстрирует кросс-отраслевую поддержу технологии Cell/B.E.

Для Cell/B.E. можно писать на таких стандартных языках программирования, как C, C++, FORTRAN и Java ™ , и использовать такие стандартные компиляторы и отладчики, как набор утилит GNU (GNU toolchain) и компиляторы IBM XL C/C++/FORTRAN. Поддерживаются и популярные средства разработки и IDE, включая популярные редакторы (vi, emacs), Eclipse IDE, а также средства разработки от партнеров: Gedae и RapidMind.

Cell/B.E. стандартно поддерживается такими операционными системами Linux, как Red Hat, Fedora и Yellow Dog Linux от Terra Soft Solutions, а также операционными системами реального времени от таких партнеров, как Wind River и Mentor Graphics.

И, наконец, можно использовать распространённые библиотеки и среды, в том числе IBM DaCS, ALF, DAV, FFT, BLAS, LAPACK, MASS, библиотеки для обработки изображений и генератор псевдослучайных чисел методом Монте-Карло. В конце статьи можно найти полный перечень инструментария, программного и аппаратного обеспечения, совместимого с Cell/B.E.

В начало

О методах программирования и о том, как они используются

Теперь второй пункт: какие есть методы программирования на Cell/B.E. и как их лучше использовать?

Как показано на рис. 2, подходы к программированию для Cell/B.E. отличаются гибкостью; их можно разделить на следующие три категории:

• Программирование во внутренних кодах
• Программирование со вспомогательными средствами
• Программирование с использованием средств разработки

Относительно этих методов нужно заметить следующее: по мере движения от программирования на внутренних кодах через программирование со вспомогательными средствами к методу с использованием средств разработки мы охватываем новые спектры возможностей. На одном полюсе, при использовании внутренних кодов, мы более детально управляем ресурсами Cell/B.E., но выполняем гораздо больший объём работы. На другом полюсе ресурсы контролируются хуже, но и трудозатраты гораздо меньше.

Эти три разных подхода не являются взаимоисключающими. По мере их использования становится ясно, что их функциональность перекрывается. В следующих разделах описываются преимущества каждого подхода, их ограничения и ситуации, в которых каждый из подходов более удобен. Производительность, которая может быть достигнута в каждом из подходов, зависит от уровня индивидуального мастерства программиста. В последнем разделе статьи перечисляется список инструментов от IBM, сторонних поставщиков и разработчиков открытого ПО, доступных для каждого метода.

Программирование во внутренних кодах

Подход с программированием во внутренних кодах подразумевает непосредственную работу с аппаратными ресурсами, встроенными средствами и перемещением данных и позволяет точно управлять работой приложения. Такая гибкость недоступна в других средствах разработки программ и многоядерных системах. Гибкость архитектуры Cell/B.E. дает разработчикам возможность решать, как распределять и использовать в своем приложении такие ресурсы, как, например, память.

Преимущества

У подхода с программированием во внутренних кодах имеются следующие преимущества:

• Обычно удается получить наивысшую, максимально оптимизированную производительность.
• Внутренние ресурсы используются наиболее оптимальным образом.

Ограничения

Для подхода с программированием во внутренних кодах есть и ограничивающие факторы, например:

• При использовании этого подхода большую часть работы по программированию вам придётся выполнять самостоятельно.
• Может потребоваться какое-то время для обучения, поскольку нужно изучить внутренние ресурсы, которые предстоит использовать.

Условия применения

Когда и где используется метод программирования во внутренних кодах?

• Встраиваемые приложения
• Системы в операциях реального времени
• Когда производительность является наиболее важным критерием и нет возможности достичь целей с помощью других подходов
• Любая ситуация, в которой на первом месте стоят ресурсы, производительность, пространство или стоимость

Программирование с использованием вспомогательных средств

Не все программисты хотят работать с аппаратными ресурсами напрямую, поэтому существует подход программирования, в котором используются библиотеки и среды программирования на Cell/B.E.

Преимущества

Использование вспомогательных средств дает следующие преимущества:

• Сокращение времени разработки по сравнению с работой во внутренних кодах
• Сохраняющаяся возможность использовать некоторые внутренние ресурсы

Ограничения

Метод с использованием вспомогательных средств имеет и некоторые ограничения, в том числе:

• Выигрыш в производительности обычно меньше, чем в подходе с использованием внутренних ресурсов
• Свои ограничения накладывают выбранные средства и библиотеки

Условия применения

Когда обычно используется подход с применением вспомогательных средств?

• Для подавляющего большинства приложений практически в любых ситуациях
• Это типичный подход к программированию, привычный для многих

Программирование с использованием средств разработки

Как подход самого верхнего уровня, подход с использованием средств разработки дает наибольшее абстрагирование от аппаратных ресурсов. Этот подход предусматривает работу с инструментами и средами разработки.

Преимущества

Подход с использованием средств разработки дает следующие преимущества:

• Значительно уменьшаются затраты времени на разработку
• Легче достигается независимость от платформы, поскольку многие инструменты уже содержат эту возможность

Ограничения

Подход с использованием средств разработки имеет и некоторые ограничения, в том числе:

• Выигрыш в производительности может быть еще меньше, чем в случае других подходов
• Средства CASE предопределяют возможности отладки и выбор поддерживаемых платформ

Условия применения

Когда обычно используется подход с применением средств разработки?

• Для приложений, которые должны быть одновременно развернуты на нескольких платформах и аппаратных архитектурах
• Если разработчик больше привык работать с инструментами верхнего уровня, чем непосредственно с аппаратными ресурсами

В начало

Выбор программного обеспечения и инструментов для поддержки подходов

На рис. 3 изображены различные программные и аппаратные средства, а также инструменты, имеющиеся для Cell/B.E. для всех трех методов программирования.

(Самую свежую версию этой схемы можно найти в формате PDF в разделе Загрузки этой статьи.)

Предложения от IBM отмечены жирным шрифтом. Предложения от сторонних поставщиков обозначены полужирным курсивом. Предложения от сообщества свободного ПО обозначены обычным текстом. В самых нижних разделах схемы показаны аппаратные средства и операционные системы. Аппаратные средства Cell/B.E.—это зрелые, хорошо разработанные средства в разнообразных конструктивных исполнениях. Многие операционные системы, на которых отлично работает Cell/B.E., являются зрелыми, стабильными, хорошо освоенными платформами.

Над самыми нижними разделами схемы показаны имеющиеся программные средства и инструменты для программирования во внутренних кодах, затем для программирования со вспомогательными средствами, и затем сред разработки или прикладных решений (область в левой части схемы). Эта последовательность повторяется в столбцах Средства разработки и Анализ производительности. Средства в нижней части этих столбцов больше ориентированы на использование внутренних кодов, и дальше они продвигаются через область со вспомогательными средствами к средам и решениям для разработки.

Еще одно важное замечание по этой схеме: не только IBM поддерживает экосистему Cell/B.E., существует также мощное и разнообразное (и растущее!) сообщество поддержки Cell Broadband Engine Architecture™; это сообщество состоит из сторонних и open source-разработчиков, как на коммерческой, так и на общественной основе.

В начало

Заключение

В этой статье мы рассмотрели, как применить существующие навыки программирования для разработки для Cell/B.E., обсудили три подхода к программированию, и представили различные инструменты, имеющиеся для Cell/B.E. Итак, как теперь начать программировать для Cell/B.E.? Вот краткий список шагов:

Как начать программировать для Cell/B.E.

1. Посетите центр ресурсов для Cell Broadband Engine на сайте IBM developerWorks и загрузите новейшую версию инструментария IBM SDK for Multicore Acceleration.
2. Установите IBM SDK for Multicore Acceleration
   • на компьютер с Linux — с помощью Руководства по установке SDK 3.0 .
   • на компьютер с Windows® с помощью инструкций VMWare от Georgia Tech.
3. Начните программировать для Cell/B.E. с помощью учебника по Cell/B.E. IDE и IBM Full System Simulator.
4. Ознакомьтесь с форумом по Cell/B.E. на сайте developerWorks и задавайте там вопросы. Этот форум активно работает, это самый быстрый способ получить квалифицированные ответы.
5. Приобретите подходящие аппаратные средства, содержащие Cell/B.E. Можно обратиться в IBM по поводу Cell Broadband Engine. Можно даже начать разработку на Sony Playstation 3.

Благодарности

Выражаем благодарность команде IBM/Cell/B.E., которая помогала в составлении этой статьи и ее проверке.

В начало

Загрузка

Информация о методах загрузки          Загрузить Adobe® Reader®

Ресурсы

Научиться

• Оригинал статьи Programmability, Part 1: Exploring different approaches to programming for Cell/B.E. platforms (EN).
  
  
• Используйте RSS-канал для получения информации о новых статьях из этой серии. (Узнать больше об RSS-каналах от developerWorks.)
  
  
• Посетите вики по обучению и подготовке для работы с Cell Broadband Engine (EN)..
  
  
• Узнайте больше о программировании для Cell/B.E. из серии статей от developerWorks:
  • "Программирование высокопроизводительных приложений на процессоре Cell BE " (EN)
  • "PS3 fab-to-lab" (EN)
  • "The little broadband engine that could" (EN)
  
  
• В разделе документации по Cell Broadband Engine технической библиотеки IBM Semiconductor Solutions Technical Library имеется множество руководств, спецификаций и т.д., которые можно загрузить. (EN)
  
  
• Подпишитесь на бюллетень developerWorks и получайте еженедельно последние новости из мира разработчиков и информацию о событиях, связанных с Cell/B.E. Для получения новостей по Cell/B.E. отметьте пункт Power Architecture ® при оформлении подписки. (EN)
  
  

Получить продукты и технологии

• Получите копию IBM SDK for Multicore Acceleration 3.0 или просмотрите библиотеку документации по Cell/B.E.. (EN)
  
  
• Найдите статьи, форумы, файлы для загрузки и другие ресурсы по Cell/B.E. на сайте IBM developerWorks центр ресурсов по Cell Broadband Engine —исчерпывающий источник по всем вопросам, относящимся к Cell/B.E. (EN)
  
  
• Свяжитесь с IBM по поводу заказных решений на основе Cell/B.E. или другого процессора.
  
  
• Изучите дополнительные передовые инструменты для Cell/B.E на IBM alphaWorks. (EN)
  
  

Обсудить

• Примите участие в обсуждении материала на форуме.
  
  
• Просмотрите —форум по архитектуре Cell Broadband Engine, на котором можно получить ответы на технические вопросы по этому процессору. Самые интересные проблемы и ответы из форумов периодически собираются и освещаются в блоге "Forum watch". (EN)
  
  
• В блоге Cell Broadband Engine/Power Architecture можно найти новости, загрузки, учебные ресурсы и уведомления о событиях, относящиеся к Cell/B.E. и другим технологиям Power Architecture. Также посетите популярный блог " Forum watch"—(обзор вопросов и ответов), технологические новости FixIt и краткие введения в технологию Infobomb . (EN)
  
  

Об авторе

Оценить эту статью

Комментарии

В начало

Содержание

• Использование существующих навыков
• О методах программирования и о том, как они используются
• Выбор программного обеспечения и инструментов для поддержки подходов
• Заключение
• Загрузка
• Ресурсы
• Об авторе
• Комментарии