Fine grain Task Manager Cerium のチューニング

108574D 金城裕

指導教官:河野真治

琉球大学大学院理工学研究科情報工学専攻並列信頼研

研究目的 と 背景

現在 Cell/PS3またはMac OS X上で動作するOpen CL 的なFine Grain Task Manager である Cerium Task Manager を開発中である。

• ソフトウェアレンダリングエンジンとWord countを例題として、Task Manager の実装時の問題を洗い出している。


• メインメモリ上の Task を各 Core が受け取る際や、その終了を通知する際に待ち時間が生じる。

本研究ではその待ち時間を削減するTask arrayを提案し実装した。その効果について報告する

発表の流れ

• Cellとは
• Ceriumとは
• CeriumにおけるTask
• TaskArray
• WordCountのTaskArray化
• レンダリングエンジンのTaskArray化
• 結果
• まとめ

Cellとは

Cell(Cell Broadband Engine)とはソニー、東芝、IBM社の3社が共同開発したマイクロプロセッサ
Cellは1基の制御系のプロセッサコアPPEと、8基の演算系プロセッサコアSPE で構成される(Ceriumで扱えるSPEの数は6基)。

Ceriumとは

Ceriumとは、当研究室で開発したPS3/Cell、Mac OS X、Linux 上で動作するゲームフレームワーク。 以下の3つの要素から構成されている。

• TaskManager
• レンダリングエンジン
• SceneGraph

Ceriumとは

Ceriumとは、当研究室で開発したPS3/Cell、Mac OS X、Linux 上で動作するゲームフレームワーク。 以下の3つの要素から構成されている。

• TaskManager
• レンダリングエンジン
• SceneGraph

TaskManager

• TaskManagerは、Taskと呼ばれる、分割された各プログラムを管理する
• Taskの単位はサブルーチン
• Task同士の依存関係を考慮
• 実行可能になったTaskをSPEに渡す

CeriumにおけるTask

TaskはTaskManagerを使って生成する。Taskを生成する際に以下のような要素が 設定可能である。

• Input data
• Output data
• Paramater
• CPU type
• Dependency

CeriumにおけるTask

Input data

• Input data にはTaskの処理対象データのアドレスとサイズを指定する。
• SPE側でそのアドレスをもとにDMA転送を用いて実際のデータをメインメモリから取得する。

CeriumにおけるTask

Output data

• Onput data にはTaskが処理したデータの書き出し先アドレスとサイズを指定する。
• SPE側でそのアドレスをもとにDMA転送を用いて実際のデータをメインメモリに書き出す。

CeriumにおけるTask

Paramater

• Input data とは別にデータを与えたい場合に使用する。
• 32bitの値を指定する。

CPU type

• TaskがどのCoreで実行されるかを指定する。
• PPEもしくは、6基のSPEのいづれかを選択できる。

CeriumにおけるTask

Dependency

• Dependencyは他のTaskとの依存関係を示す。
• 例えばTaskAがTaskBの実行完了を待つ例を紹介する。

CeriumにおけるTask

Dependency

• はじめTaskBは待つTaskがないので、すぐにActiveQueueに入る。
• TaskAはTaskBを待つのでWaitQueueに入る。

CeriumにおけるTask

Dependency

• ActiveQueueにあるTaskBはSPEに送られ実行される。
• TaskAはWaitQueueでTaskBを待つ。

CeriumにおけるTask

Dependency

• TaskBが完了するとMailで通知される。
• TaskAは待つTaskがなくなるので、ActiveQueueに移る。

CeriumにおけるTask

Dependency

• TaskBが完了するとMailで通知される。
• TaskAは待つTaskがなくなるので、ActiveQueueに移る。

Taskの送信

• Taskは１つ毎にSPEには送らない
• いくつかのTaskをまとめTaskListとして送る
• TaskListをすべて完了すると、SPEからPPEにMail通知が送られる
• PPE側がMailをチェックし次のTaskListを通知する

Mail通知

• SPEからPPEへのMail送信ボックスはキューになっている
• キューのサイズは1
• 書き込む際にキューがいっぱいの場合はPPEから呼び出されるまで待つ
• PPEからのMail呼び出しがないと、SPEは待ち続ける

TaskArray

SPEの待ちを解消するためにTaskArrayを提案、実装した

• TaskArrayは複数のTaskを１つにまとめることができる
• Task毎のMail通知がTaskArray毎のMail通知になる

TaskArray

期待される効果

• Mailの数が減り、SPEのMail待ちのタイミングが減る
• Mail待ちが減るので、SPEの稼働率が向上する
• また、PPE側のMailチェックの時間も減る
• 結果、処理速度が向上する

TaskArray

WordCountのTaskと、レンダリングエンジンのTaskの一部をTaskArray化した。 その結果を報告する

それぞれのTask内容

• WordCount
• WordCountTask(TaskArray化)
• PrintTask
• レンダリングエンジン
• CreatePolygonTask
• CreateSpanTask
• DrawSpanTask(TaskArray化)

WordCount

• wcするfileをマッピングし、Taskに割り振る
• WordCountTaskの終了をまって、PrintTaskが実行される

WordCount

• TaskArrayのサイズは64
• WC対象は166Mのテキスト
• TaskArrayの適応の有無を比較

WordCount

• time : 実行時間
• dma wait : dma転送待ちの割合
• time wait : mail待ちの割合

	Task	TaskArray
time	2.184s	2.109s
dma wait	18%	12%
mail wait	5%	8%