Sparse general matrix multiplication (SpGEMM) is a fundamental building block for many real-world applications. Since SpGEMM is a well-known memory-bounded application with vast and irregular memory accesses, considering the memory access efficiency is of critical importance for SpGEMM's performance. Yet, the existing methods put less consideration into the memory subsystem and achieved suboptimal performance. In this paper, we thoroughly analyze the memory access patterns of SpGEMM and their influences on the memory subsystem. Based on the analysis, we propose a novel and more efficient accumulation method named BRMerge for the multi-core CPU architectures. The BRMerge accumulation method follows the row-wise dataflow. It first accesses the $B$ matrix, generates the intermediate lists for one output row, and stores these intermediate lists in a consecutive memory space, which is implemented by a ping-pong buffer. It then immediately merges these intermediate lists generated in the previous phase two by two in a tree-like hierarchy between two ping-pong buffers. The architectural benefits of BRMerge are 1) streaming access patterns, 2) minimized TLB cache miss rate, and 3) reasonably high L1/L2 cache hit rates, which result in both low access latency and high bandwidth utilization when performing SpGEMM. Based on the BRMerge accumulation method, we propose two SpGEMM libraries named BRMerge-Upper and BRMerge-Precise, which use different allocation methods. Performance evaluations with 26 commonly used benchmarks on two CPU servers show that the proposed SpGEMM libraries significantly outperform the state-of-the-art SpGEMM libraries.


翻译:由于 SpGEMM 是一个广为人知的内存化应用程序, 使用大量且不规则的内存存访问, 考虑到内存存访问效率对于 SpGEM 的性能至关重要。 然而, 现有方法对内存子子系统考虑较少, 并实现了亚优性性能。 在本文中, 我们彻底分析 SpGEM 的内存访问模式及其对内存子子系统的影响。 根据分析, 我们为多核心 CPU 架构提出了名为 BRMERG 的新型和更有效的累积方法。 BRMERG 积累方法遵循了行内存数据流。 它首先访问$B$的矩阵, 生成一个输出行的中间清单, 并在连续的内存空间中存储这些中间清单, 由pingong缓冲实施。 然后立即将这些在前一个阶段生成的中间清单合并为两个类似树型的平流缓冲。 BRMERGER 的建筑效益是:1) 访问模式, 2 将TLMERG 的内存分配方式缩小双深层内存储库, 使用BRBERMEMER 方法, 的内存率显示BRBRBRRBRBRBRBRBRRRRBRBRMRRML, 的正常使用率方法, 。

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