High Performance Fortran HPF

Meine Publikationen zu HPF (BI 250, iX 5/1994, iX 6/1994, iX 1/2000)

HPF-Compiler am RRZN

PGI pghpf-Compiler (T3E)
NAGWare f90/f95-Compiler für HPF-Syntaxanalyse (Workstations)

Programmierung

Tutorial "Translating FORTRAN 77 to HPF"
Gebrauchsanweisung für nachfolgenden
Programmierkurs (Fortran 90 / HPF)

Meine persönliche Einschätzung

Existierende Anwendungen mit explizitem Message Passing:
Es macht vermutlich immer noch wenig Sinn, Fortran-Programme, die lauffähig in Message Passing (z.B. MPI) vorliegen, nach HPF zu übertragen. Die Wartbarkeit des HPF-Programmes wäre (von Ausnahmen abgesehen) zwar besser, die Laufzeiteffizienz wäre (von Ausnahmen abgesehen) deutlich schlechter.
Existierende serielle Programme:
Wenn man einen HPF-2.0-Compiler oder einen HPF+-Compiler hat, dann wäre HPF möglicherweise ein geeignetes Programmiermodell,
- wenn der Compiler "native" (d.h. kein Präprozessor) ist; andernfalls wäre das Debugging des HPF-Programmes nicht immer einfach, weil das vom Präprozessor erzeugte Fortran90-Programm kaum noch Ähnlichkeit mit dem ursprünglichen HPF-Programm hätte.
- und wenn es nicht auf bestmögliche Laufzeiteffizienz ankommt.
Neue parallele Programme:
Es gelten die obigen Hinweise für "Existierende serielle Programme". Das Problem der Laufzeiteffizienz kann man u.U. in den Griff bekommen, indem man bewußt die "guten" Eigenschaften von HPF (speziell Version 2.0) berücksichtigt und diejenigen Sprachmittel vermeidet, die ineffizient sind (weil sie viel implizite Kommunikation erzeugen). Es wird berichtet, daß "reguläre" HPF-Programme (d.h., bei denen die erforderlichen Kommunikationsmuster bereits vom Compiler analysiert und bereitgestellt werden können) heute durchaus mit explizitem Message Passing konkurrieren können.

HPF gaukelt dem Fortran-Programmierer auch in verteilter Umgebung einen globalen Adreßraum (Indexraum für Felder) vor wie bei einem seriellen Fortran-Programm. Die Verteilung der Daten auf die verteilten Speicher der einzelnen Prozessoren eines Parallelrechners wird mit Hilfe von Direktiven gesteuert. Der HPF-Compiler erzeugt automatisch die erforderlichen Aufrufe der Kommunikationsroutinen für den Zugriff auf die verteilten Daten. Die Effizienz des HPF-Programms hängt dann hauptsächlich davon ab, wie geschickt der Programmierer die Daten mit Hilfe der Direktiven auf die Prozessoren verteilen kann, so daß beim Zugriff möglichst wenig (impliziter) Kommunikations-Overhead erforderlich ist; das ist das Problem der Lokalität der Zugriffe.

Wenn die einzelnen Knoten eines Parallelrechners selbst eine aufwendige Speicherstruktur/Speicherhierarchie z.B. mit lokalen Cache-Speichern haben, dann müßte für den effizienten Zugriff auf einzelne Daten nicht nur die Lokalität der Zugriffe auf die Daten im obigen Sinne, sondern auch die Cache-Lokalität berücksichtigt werden. Je nach Parallelrechner (z.B. wenn die Knoten selbst SMP-Rechner sind) kann eine ganze Cache-Hierarchie zum Einsatz kommen, so daß es eigentlich wichtiger wäre, auf die Cache-Lokalität Einfluß nehmen zu können als darauf, daß die Daten beim Zugriff im lokalen Speicher liegen. Zur Zeit bieten weder HPF noch die verfügbaren HPF-Compiler Lösungen an.

Leistungsbewertung

Hinweise zum Leistungsvergleich MPI <=> HPF finden Sie hier.

Sonstige Informationsquellen

20. Jan 2003 Wilhelm Gehrke gehrke@rrzn.uni-hannover.de