PIKG ver 0.2a

本プロジェクトは，FDPS( https://github.com/FDPS/FDPS )およびその他の粒子系シミュレータの粒子間相互作用カーネル関数の自動ジェネレータである. 粒子間相互作用をDSLで記述し，パラメータを指定すると，任意のアーキテクチャ(Intel CPU, Fujitsu A64FX, NVIDIA GPU, PEZY-SC2, etc.)向けのカーネルを生成する． 開発チームではぱいくじーもしくはぱいくと読んでいます．

動作環境

Ruby環境が必要．ruby 2.3.7で動作確認．

言葉の定義

粒子系シミュレータ

粒子が互いに作用しながら時間発展するような系を扱うシミュレーションプログラム．分子動力学，N体，SPHシミュレーションプログラムなどがこれにあたる．

カーネル

2粒子間の相互作用を計算する関数． 相互作用を受ける粒子のインデックスをi，相互作用を与える粒子のインデックスをjとすると， カーネルはiとjの二重ループで記述することができる．

目標とする機能

• 粒子間相互作用とそれに必要な数式を書くだけでカーネルが記述できる．
• i並列とj並列の並列数を任意の組み合わせで作ることができる(16 SIMDの場合，組み合わせは(16,1),(8,2),(4,4),(2,8),(1,16)の5通り)．
• ターゲットアーキテクチャごとに自動でコードを生成する
• 計算量が重い部分に関しては，区間多項式近似の導入など最適化を行う？

実装された機能

• 粒子間相互作用とそれに必要な数式を書くだけでカーネルが記述できる．
• ターゲットアーキテクチャごとに自動でコードを生成する
• table関数を用いることで区間多項式近似を使えるようにした

文法

仕様書(doc/kernel_generator_spec.pdf)を参照のこと．

how to use

$(PIKG_DIR)/bin/pikg -i (input_file) -o (output_file) [options]

output_fileにC++のヘッダーファイルができるので相互作用計算の構造体(デフォルトclass名Kernel)を利用する 生成されたヘッダーファイルを利用してコンパイルする際には./inc/pikg_vetor.hppに宣言されている型が使われているのでインクルードする 詳細についてはdoc/kernel_generator_spec.pdfを参照ください．

現在参照できるサンプルは以下のとおりです．

./sample/c++/LennardJones

./sample/{c++,c}/Nbody

それぞれに関しては，各ディレクトリのREADME.mdをご参照ください．

目標とする最適化可能な命令セット

• AVX2
• AVX-512
• ARM SVE
• CUDA
• PZCL

実装された命令セット

• AVX2
• AVX-512
• ARM SVE
• CUDA

参考性能

N体計算カーネルのシングルスレッド性能をアセンブラレベルでチューニングされている(AVX2のみ)ライブラリPhantom-GRAPE( https://bitbucket.org/kohji/phantom-grape/src/master/ )との比較として置いておく．

	AVX2	AVX-512	ARM SVE
PG	59.4	97.0	N/A
PIKG	66.8	108.6	34.3

性能計測にはFDPSのサンプル「nbody」を利用．最適化カーネルを用いないリファレンスコードの場合の性能は7.86 Gflops． リファレス及びAVX2/AVX-512の計測ではIntel Xeon Gold 6140を，ARM SVEでの計測にはFujitsu A64FXを利用．単位はGflops．n_group_limit(FDPSに渡されるパラメータ．この数までの粒子の相互作用リストを一つにまとめる)は512． ARM SVEに関しては，A64FX向けに専用の最適化オプションやプラグマを利用(詳しくは仕様書を参照)．

TODO

• 混合精度対応
• ドキュメントを英語に一本化