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 that utilizes prefetching, decoupling, or pipelining can mitigate memory latency and improve core utilization, memory bandwidth bottlenecks persist due to limited off-chip bandwidth. Approaches using in-memory processing (PIM) with Hybrid Memory Cube (HMC) surpass DRAM bandwidth limitations but fail to achieve high core utilization due to poor task scheduling and synchronization overheads. Moreover, the granularity of the memory available to each processing core with HMC limits the level of parallelism. This work proposes 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, using both 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; and (4) a novel traffic-aware task scheduling hardware that maintains high core utilization; and (5) a data placement strategy improving 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:使用低数据再利用和经常不规则的内存访问的应用,如图形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。虽然先前的工作利用预先牵线、脱钩或管道设计,可以减少记忆延缓度,提高核心利用率,但记忆带瓶颈依然存在,原因是离芯带带带带带带带带宽有限。使用混合内存 Cube(HMC)的模拟处理(PIM)超过DRAM带宽带宽限制,但由于任务时间安排差和同步管理管理不足等原因,未能实现高核心利用。此外,每个处理核心中HMC的内存颗粒限制了平行利用水平。这项工作提议Dalorex,即硬件硬件组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合(Dallorlorex)利用256个核心组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合组合(D) 运行运行运行运行运行运行运行运行流程流程流程流程流程流程流程流程流程流程、流程流程流程流程流程流程、流程流程流程流程、流程流程流程流程流程流程、流程流程流程流程流程流程流程流程、流程流程流程、流程、流程、流程流程、流程、流程、流程、流程、流程路路路路路路路路路路轴、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程、流程

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