Applications with low data reuse and frequent irregular memory accesses, such as graph or sparse linear algebra workloads, fail to scale well due to memory bottlenecks and poor core utilization. While prior work with prefetching, decoupling, or pipelining can mitigate memory latency and improve core utilization, memory bottlenecks persist due to limited off-chip bandwidth. Approaches doing processing in-memory (PIM) with Hybrid Memory Cube (HMC) overcome bandwidth limitations but fail to achieve high core utilization due to poor task scheduling and synchronization overheads. Moreover, the high memory-per-core ratio available with HMC limits strong scaling. We introduce Dalorex a hardware-software co-design that achieves high parallelism and energy efficiency, demonstrating strong scaling with >16,000 cores when processing graph and sparse linear algebra workloads. Over the prior work in PIM, both using 256 cores, Dalorex improves performance and energy consumption by two orders of magnitude through (1) a tile-based distributed-memory architecture where each processing tile holds an equal amount of data, and all memory operations are local; (2) a task-based parallel programming model where tasks are executed by the processing unit that is co-located with the target data; (3) a network design optimized for irregular traffic, where all communication is one-way, and messages do not contain routing metadata; (4) novel traffic-aware task scheduling hardware that maintains high core utilization; and (5) a data placement strategy that improves work balance. This work proposes architectural and software innovations to provide-to our knowledge-the fastest design for running graph algorithms while still being programmable for other domains.


翻译:低数据再利用和经常不定期的内存访问的应用,如图表或稀疏线性代数工作量等,由于记忆瓶颈和核心利用率低,未能很好地缩小规模。虽然先前在预拉、脱钩或管状方面的工作能够减轻记忆延缓度,并改进核心利用率,但记忆瓶颈仍然存在,原因是离芯带带带宽有限。与混合内存立管(HMC)进行模拟(PIM)处理的方法克服了带宽限制,但由于任务时间安排和同步管理不足,未能实现高核心利用率。此外,由于HMC的记忆瓶颈和核心利用率低,现有高记忆-核心-核心比核心比核心比重有限。我们引入了硬件-软件共同设计共同设计,实现了高平行和能源效率,在处理图形和细微的平流中,在设计任务周期期间,Dalolorex改进了业绩和能源消耗,在1个数量级级级中,每个处理量相等的数据-软件分布模的每个处理工具都限制了规模。我们引入了硬件-软件共同设计,所有存储软件的软件共同设计流程运行战略,在设计中,一个核心任务周期里程中,在运行中,一个核心任务定位中,一个核心-流程运行运行工作是同步运行,而一个核心-运行一个核心任务定位,而一个核心-运行运行运行,一个核心任务定位,一个核心-运行一个核心-运行一个核心任务定位,一个任务定位,一个任务定位一个核心-运行一个核心-运行一个核心-运行一个任务定位,一个核心-运行,一个任务定位,一个核心-运行到一个核心-运行,一个核心-运行到一个核心-运行一个核心-运行到一个工作,一个任务周期性工作,一个工作,一个任务流路程。

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