On Scalable Reconfigurable Component Models for High-Performance Computing

par Vincent Lanore

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Christian Pérez.

Soutenue le 10-12-2015

à Lyon, École normale supérieure , dans le cadre de École Doctorale d'Informatique et Mathématiques (Lyon) , en partenariat avec Laboratoire de l'informatique du parallélisme (Lyon) (laboratoire) et de AVALON / LIP Lyon / Inria Grenoble Rhône-Alpes (laboratoire) .

Le président du jury était Raymond Namyst.

Le jury était composé de Christian Pérez, Raymond Namyst, Jean-Bernard Stefani, Laurence Duchien, Laxmikant Kale.

Les rapporteurs étaient Jean-Bernard Stefani, Marco Danelutto.

  • Titre traduit

    Modèles à composants reconfigurables et passant à l'échelle pour le calcul haute performance


  • Résumé

    La programmation à base de composants est un paradigme de programmation qui facilite la réutilisation de code et la séparation des préoccupations. Les modèles à composants dits « reconfigurables » permettent de modifier en cours d'exécution la structure d'une application. Toutefois, ces modèles ne sont pas adaptés au calcul haute performance (HPC) car ils reposent sur des mécanismes ne passant pas à l'échelle.L'objectif de cette thèse est de fournir des modèles, des algorithmes et des outils pour faciliter le développement d'applications HPC reconfigurables à base de composants. La principale contribution de la thèse est le modèle à composants formel DirectMOD qui facilite l'écriture et la réutilisation de code de transformation distribuée. Afin de faciliter l'utilisation de ce premier modèle, nous avons également proposé :• le modèle formel SpecMOD qui permet la spécialisation automatique d'assemblage de composants afin de fournir des fonctionnalités de génie logiciel de haut niveau ; • des mécanismes de reconfiguration performants à grain fin pour les applications AMR, une classe d'application importante en HPC.Une implémentation de DirectMOD, appelée DirectL2C, a été réalisée et a permis d'implémenter une série de benchmarks basés sur l'AMR pour évaluer notre approche. Des expériences sur grappes de calcul et supercalculateur montrent que notre approche passe à l'échelle. De plus, une analyse quantitative du code produit montre que notre approche est compacte et facilite la réutilisation.


  • Résumé

    Component-based programming is a programming paradigm which eases code reuse and separation of concerns. Some component models, which are said to be "reconfigurable", allow the modification at runtime of an application's structure. However, these models are not suited to High-Performance Computing (HPC) as they rely on non-scalable mechanisms.The goal of this thesis is to provide models, algorithms and tools to ease the development of component-based reconfigurable HPC applications.The main contribution of the thesis is the DirectMOD component model which eases development and reuse of distributed transformations. In order to improve on this core model in other directions, we have also proposed:• the SpecMOD formal component model which allows automatic specialization of hierarchical component assemblies and provides high-level software engineering features;• mechanisms for efficient fine-grain reconfiguration for AMR applications, an important application class in HPC.An implementation of DirectMOD, called DirectL2C, as been developed so as to implement a series of benchmarks to evaluate our approach. Experiments on HPC architectures show our approach scales. Moreover, a quantitative analysis of the benchmark's codes show that our approach is compact and eases reuse.


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