Un modèle de transition logico-matérielle pour la simplification de la programmation parallèle

Parallel programming and data-parallel algorithms have been the main techniques supporting high-performance computing for many decades. Like all non-functional properties of software, the conversion of computing resources into scalable and predictable performance involves a delicate balance of abstraction and automation with semantic precision. During the last decade, more and more professions require a very high computing power. However, migrating programs to new hardware configuration or developing new specific-purpose algorithms on a parallel environment is never an easy work, neither for software developers nor for domain specialists. In this thesis we describe work that attempts to improve the simplicity of parallel program development, the portability of parallel program code, and the precision of parallel algorithm performance prediction for heterogeneous environments. With these goals in mind we proposed a bridging model named SGL for modelling heterogeneous parallel architectures and parallel algorithms, and an implementation of parallel skeletons based on SGL model for high-performance computing. SGL simplifies the parallel programming either on the classical parallel machines or on the novel hierarchical machines. It generalizes the BSML programming primitives. SGL can be served later with model-driven techniques for automatic code generation from specification sheet without any complex coding, for example processing Big Data on the heterogeneous massive parallel systems. The SGL cost model improves the clarity of algorithms performance analysis; it allows benchmarking machine performance and algorithm qualityLa programmation parallèle et les algorithmes data-parallèles sont depuis plusieurs décennies les principales techniques de soutien l'informatique haute performance. Comme toutes les propriétés non-fonctionnelles du logiciel, la conversion des ressources informatiques dans des performances évolutives et prévisibles implique un équilibre délicat entre abstraction et automatisation avec une précision sémantique. Au cours de la dernière décennie, de plus en plus de professions ont besoin d'une puissance de calcul très élevée, mais la migration des programmes existants vers une nouvelle configuration matérielle et le développement de nouveaux algorithmes à finalité spécifique dans un environnement parallèle n'est jamais un travail facile, ni pour les développeurs de logiciel, ni pour les spécialistes du domaine. Dans cette thèse, nous décrivons le travail qui vise à simplifier le développement de programmes parallèles, en améliorant également la portabilité du code de programmes parallèles et la précision de la prédiction de performance d'algorithmes parallèles pour des environnements hétérogènes. Avec ces objectifs à l'esprit, nous avons proposé un modèle de transition nommé SGL pour la modélisation des architectures parallèles hétérogènes et des algorithmes parallèles, et une mise en œuvre de squelettes parallèles basés sur le modèle SGL pour le calcul haute performance. SGL simplifie la programmation parallèle à la fois pour les machines parallèles classiques et pour les nouvelles machines hiérarchiques. Il généralise les primitives de la programmation BSML. SGL pourra plus tard en utilisant des techniques de Model-Driven pour la génération de code automatique á partir d'une fiche technique sans codage complexe, par exemple pour le traitement de Big-Data sur un système hétérogène massivement parallèle. Le modèle de coût de SGL améliore la clarté de l'analyse de performance des algorithmes, permet d'évaluer la performance d'une machine et la qualité d'un algorithm