An integrated functional solution for multi-core programming on the cell broadband engine

Recent efforts in microprocessor development tend to the coexistence of several Central Processing Units (CPUs) on a single chip. The Cell Broadband Engine (CBE), the fruit of collaboration between Sony, Toshiba and IBM, integrates IBM's legacy PowerPC CPU with a new set of simple cores, all of which communicate through a high speed bus. The multiple cores on the CBE allow users to exploit the parallel nature of their programs. However, it is often difficult to effciently extract the parallelism from an application and to distribute tasks in a suitable fashion. We propose a dataflow approach to CBE computing where the compiler is in charge of task partitioning and of the infrastructure for runtime distribution of tasks. In this work, we present the NCC programming language, Squid compiler and runtime environment. NCC is a strict functional dataflow language that forces explicit variable dependencies, in order to exploit parallelism in the application. NCC code is thus written by the user without specifying parallelism explicitly. The Squid Compiler draws a virtual data flow graph from the NCC source. This graph is then partitionned according to implementation specific criteria into tasks and supertasks. The individual tasks are then translated to ANSI-C, and supertasks are analyzed and transformed into scheduling structures. All tasks are executed by the CBE's simple cores. The Squid Runtime Environment (SRE) interacts with the generated scheduler to order tasks' execution, running the supertasks' scheduling, and managing garbage collection. The SRE runs on the CBE's PowerPC core as a separate thread to implement a host-device paradigm, and as resident code on the sLes récents efforts en développement de microprocesseurs tendent à une coexistence entre plusieurs Unités Centrales (UC) sur une seule puce. Le Cell Broadband Engine (CBE), le fruit d'une collaboration entre Sony, Toshiba et IBM, intègre le CU patrimonial d'IBM PowerPC, avec un nouvel ensemble d'unités simples, communiquant entre elles avec un bus de haute vitesse. Les nombreueses unités présentes dans le CBE permettent aux utilisateurs d'exploiter la nature parallèle de leurs programmes. Cependant, il est souvent difficile d'extraire le parallélisme d'une application et de distribuer des tâches de façon appropriée. Nous proposons donc d'approcher la programmation du CBE sous une perspective de flux de données où le compilateur est chargé de partitionner les tâches et de l'infrastructure de la distribution des tâches. Dans ce travail, nous présentons la langue de programmation NCC, le compilateur et l'environnement d'exécution Squid. NCC est un langage fonctionnel stricte de flux, qui force les entre variables à être explicites, afin d'exploiter le parallelisme d'une application. Le code NCC est donc rédigé par l'utilsateur sans spécifier le parallelisme explicitement. Le compilateur Squid dessine un graphe de flux de données virtuel issu du code NCC. Ce graphe est partitionné selon des critères particuliers à l'implémentation en tâches et supertâches. Chaque tâche est ensuite traduite en ANSI-C, et les supertâches sont analysées et transformées en structures d'ordonnançement. Toutes les tâches sont exécutées par les untiés simples du CBE. L'Environnement d'Exécution Squid (EES) interagit avec l'ordonnanceur pour ordonner