【MIC学习笔记】HelloWorld

什么是MIC

以下摘自”MIC高性能编程指南”

通常提及MIC系列, 会提及以下几个名词: MIC(Many Integrated Core), Knights系列(如Knights Corner. KNC), Intel^® Xeon Phi^TM(官方中文译名:英特尔^®至强融核^TM). MIC作为这个系列的架构名称, 类似于CPU, 是对采用这种架构的产品的总称. Knights 系列, 是Intel公司推出的MIC产品的研发代号, 类似于Ivy Bridge, 是内部研发人员对某一代产品的命名,不用于商业用途, 例如第一代正式产品锁采用的,就是Knights Corner架构. 提到具体KNx的架构, 与MIC架构相比, 可以看做是面向对象中父类与子类的关系, MIC架构是父类, 而KNx则是子类. Intel^® Xeon Phi^TM则是产品线的总称, 类似于Pentium、 Xeon等产品系列, Intel^® Xeon Phi^TM 是Intel公司推出的基于MIC架构的高性能计算协处理器卡的系列产品名称.

运行模式

MIC卡本身自带了一个简化的linux系统, 因此在安装了MIC卡的系统中, MIC既可以和CPU协同工作(使用offload), 也可以独立工作(native模式), 我们这里主要使用的是MIC和CPU协同工作的模式.

HelloWorld

为了能够直观的看出我们的程序是在MIC端运行的, 首先介绍一个宏__MIC__, 这个宏只有在MIC上运行时才有效, 在CPU端运行是没有该宏的定义的. 下面是
Hello World代码:

#include <stdio.h>

__attribute__ (( target (mic))) void say_hello() {
    //如果有__MIC__的宏定义, 证明是在MIC端运行的
    #ifdef __MIC__
        printf("Hello from MIC\n");
    #else
        printf("Hello from CPU\n");
    #endif
}

int main() {
    #pragma offload target(mic)
    say_hello();
}

使用下面的命令进行编译

1	icc -o helloworld helloworld.c

然后执行helloworld会打印Hello from MIC, 如果将’#pragma offload target(mic)’ 注释掉, 就会打印出Hello from CPU.

offload(分载)

offload(分载)大概就是说程序在cpu上运行时, 会将一部分的工作交给mic去做, mic做完之后将结果再传递回来.下面是高性能编程指南中中关于分载的定义:

分载是指设计的程序运行在处理器上, 同时将部分工作负载分载到一个或多个协处理器上.

因为主处理器和协处理器之间不能共享常规的系统内存, 所以需要大量的分载控制与功能, 因此导致数据在主处理器和协处理器之间需要往复传递. 分载分为两种模式:非共享内存模式和共享虚拟内存模式.

非共享内存模式

非共享内存模式使用#pramga预编译指令, 使用方式为#pragma offload target(mic) , 上面的HelloWorld就使用了这种模式. 在这种模式下将cpu和mic的内存看作两块独立的内存(实际上也是这样), 数据在这两块内存之间根据需求相互传输. 我们可以指定将哪些数据传输到mic上, 以及将哪些数据传回cpu. 这种模式适合处理扁平的数据结构(flat structure-scalars, arrays, and structs that can be copied from one variable to another using a simple memcpy). 该模式的性能高于共享内存模式.

共享虚拟内存模式

共享虚拟内存(shared Virtual Memory) 模式默认集成到Intel Cilk Plus中, 在C/C++编程中使用_Cilk_shared和_Cilk_offload关键字. 共享虚拟内存不支持Fortran语言.在这种模式下, 变量通过_Cilk_shared 关键字在CPU和MIC之间共享, 所共享的动态内存必须通过特定的函数分配:_Offload_shared_malloc, _Offload_shared_aligned_malloc, _Offload_shared_free, _Offload_shared_aligned_free. 此模式适用于处理复杂的数据结构,比如链表, 树等. 该模式性能相对较差, 但是为编程提供了方便.

学习资料

目前关于MIC的中文书籍大概有两本:

MIC 高性能计算编程指南
Intel Xeon Phi协处理器高性能编程指南

另外的学习资料大概就是Intel 编译器的指导手册
https://software.intel.com/en-us/compiler_15.0_ug_c
在Key Features有关于MIC的讲解,如果访问速度太慢, 可以访问下面的链接
http://scc.ustc.edu.cn/zlsc/tc4600/intel/2015.1.133/compiler_c/