疎行列に対応した行列言語コンパイラCMCの開発

URI http://harp.lib.hiroshima-u.ac.jp/hiroshima-cu/metadata/875
File
Title
疎行列に対応した行列言語コンパイラCMCの開発
Title Alternative
CMC : A Compiler for Sparse Matrix Computations(Language Processor)
Author
氏名 川端 英之
ヨミ カワバタ ヒデユキ
別名 KAWABATA Hideyuki
氏名 鈴木 睦
ヨミ スズキ ムツミ
別名 SUZUKI Mutsumi
Abstract

数値計算プログラムの記述を容易にするためにMATLABをはじめとする行列言語が開発され,ラピッドプロトタイピング用途等に広く利用されている.行列言語プログラムはインタプリタで実行される場合が多いが,処理の高速化を目的とし,行列言語コンパイラを用いて静的解析により余分な動的処理を排除して Fortranなどのコンパイル言語記述に変換する手法が検討されつつある.しかしながら,大規模数値計算コード記述を想定して疎行列の扱いを考慮した取り組みはなかった.これに対し我々は,密行列と疎行列を区別なく扱うことを可能にする行列言語コンパイラCMCを開発した. CMCはMATLABに基づくコードをFortran 90に変換することができ,対角,三角などの行列形状情報の検出機能とそれに基づく最適化機能も備える.試作した処理系をSOR法やCG法のMATLAB コードに適用して実測したところ,係数が疎行列の大規模コードにおいて,SOR法で7倍以上,CG法でも3倍以上,MATLAB実行環境よりも高速に実行でき,行列言語をベースとした大規模数値計算コード開発の可能性が確認できた. Matrix languages such as MATLAB have been widely used for numerical computations, especially as rapid prototyping tools. Those systems are basically interpreted to support typeless and flexible programming environments. Due to this fact, unfortunately, execution speed of a program written in a matrix languages is limited compared to a code in a general-purpose compiled language like Fortran. Recently, studies have revealed that the translation of matrix language scripts into programs written in compiled language would be a promising approach for high-speed computation with matrix languages. However, none of existing compilation systems seems to be able to handle sparsity of matrices attaining high-performance of translated codes. In this paper, we propose a compiler for large-scale sparse matrix computations, named CMC. Distinguishing features of CMC include the functionality to utilize sparse data structures and the optimization facility based on the detailed information of shapes of matrices, e.g., triangular, diagonal. CMC translates annotated MATLAB scripts into Fortran 90 programs. Experimental results show that the translated SOR and CG programs by CMC run seven times and three times, respectively, as fast as MATLAB interpretation, which confirms our method's effectiveness.

Description Peer Reviewed
Journal Title
情報処理学会論文誌. コンピューティングシステム
Volume
45
Issue
SIG11(ACS7)
Spage
378
Epage
392
Published Date
2004-10-15
Publisher
情報処理学会
ISSN
03875806
Language
jpn
NIIType
Journal Article
Text Version
出版社版
Rights
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