AccelerateHS/accelerate

源: https://github.com/AccelerateHS/accelerate

高性能并行数组 for Haskell

CI (https://github.com/tmcdonell/accelerate/actions/workflows/ci.yml)
Gitter (https://gitter.im/AccelerateHS/Lobby)
Hackage (https://hackage.haskell.org/package/accelerate)
Stackage LTS (https://stackage.org/lts/package/accelerate)
Stackage Nightly (https://stackage.org/nightly/package/accelerate)

Data.Array.Accelerate 定义了一种用于Haskell高性能计算的嵌入式数组计算语言。多维规则数组的计算以参数化集合操作（如 map、reduce 和 permutation）的形式表达。这些计算会在运行时被编译并在多种架构上执行。

更多细节请参见我们的论文：

• Accelerating Haskell Array Codes with Multicore GPUs
• Optimising Purely Functional GPU Programs (幻灯片)
• Embedding Foreign Code
• Type-safe Runtime Code Generation: Accelerate to LLVM (幻灯片) (视频)
• Streaming Irregular Arrays (视频)

此外还有一些关于 Accelerate 的演示文稿幻灯片：

• Embedded Languages for High-Performance Computing in Haskell
• GPGPU Programming in Haskell with Accelerate (视频) (工作坊)

Simon Marlow 的《Parallel and Concurrent Programming in Haskell》Mar13 第6章包含对 Accelerate 的入门教程。
Trevor 的博士论文 详细介绍了前端优化和 CUDA 后端的设计与实现。

目录

• 用于加速数组计算的嵌入式语言
• 简单示例
• 可用性
• 附加组件
• 要求
• 文档
• 示例
• 我们是谁？
• 邮件列表和联系方式
• 引用 Accelerate
• 缺少什么？

简单示例

一个简单的例子：计算两个单精度浮点数向量的点积：

dotp :: Acc (Vector Float) -> Acc (Vector Float) -> Acc (Scalar Float)
dotp xs ys = fold (+) 0 (zipWith (*) xs ys)

除了类型，这段代码几乎与对应的 Haskell 列表版本相同。类型表明该计算可能会被实时编译以优化性能；例如，使用 Data.Array.Accelerate.LLVM.PTX.run 可以将其即时卸载到 GPU 上运行。

可用性

Accelerate 包可从以下位置获得：

• Hackage: accelerate - 只需将其添加到你的 cabal 文件中
• GitHub: AccelerateHS/accelerate - 使用 git clone https://github.com/AccelerateHS/accelerate.git 获取源代码

要安装 Haskell 工具链，可以尝试 GHCup (https://www.haskell.org/ghcup/)。

附加组件

以下受支持的附加组件作为独立包提供：

• accelerate-llvm-native：面向多核 CPU 的后端
• accelerate-llvm-ptx：面向支持 CUDA 的 NVIDIA GPU 的后端。需要计算能力 3.0 或更高的 GPU（参见 维基百科表格）
• accelerate-examples：展示 Accelerate 使用的计算内核和应用程序，以及回归测试套件（支持功能和性能测试）
• 多种格式之间的转换：
  • accelerate-io (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io)：在原始指针之间直接复制数据
  • accelerate-io-array (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io-array)：不可变数组
  • accelerate-io-bmp (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io-bmp)：未压缩的 BMP 图像文件
  • accelerate-io-bytestring (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io-bytestring)：紧凑的不可变二进制数据
  • accelerate-io-cereal (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io-cereal)：使用 cereal (https://hackage.haskell.org/package/cereal) 进行二进制序列化
  • accelerate-io-JuicyPixels (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io-JuicyPixels)：各种像素格式的图像
  • accelerate-io-repa (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io-repa)：另一个用于高性能并行数组的 Haskell 库
  • accelerate-io-serialise (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io-serialise)：使用 serialise (https://hackage.haskell.org/package/serialise) 进行二进制序列化
  • accelerate-io-vector (https://hackage.haskell.org/package/accelerate-io-vector)：高效盒装和拆箱的一维数组
• accelerate-fft：快速傅里叶变换实现，带有 FFI 绑定到优化实现
• accelerate-blas：BLAS 和 LAPACK 操作，带有 FFI 绑定到优化实现
• accelerate-bignum：固定宽度大整数算术
• colour-accelerate：Accelerate 中的颜色表示（RGB、sRGB、HSV 和 HSL）
• containers-accelerate (http://hackage.haskell.org/package/containers-accelerate)：基于哈希的容器类型
• gloss-accelerate：从 Accelerate 生成 gloss 图片
• gloss-raster-accelerate：光栅图像和动画的并行渲染
• hashable-accelerate (http://hackage.haskell.org/package/hashable-accelerate)：可转换为哈希值的类型类
• lens-accelerate：Accelerate 类型的 Lens 运算符
• linear-accelerate：Accelerate 中的 Linear 向量空间
• mwc-random-accelerate：生成填充高质量伪随机数的 Accelerate 数组
• numeric-prelude-accelerate：将 numeric-prelude 提升到 Accelerate
• wigner-ville-accelerate (https://github.com/Haskell-mouse/wigner-ville-accelerate)：Wigner-Ville 时频分布

以上所有包均可从 Hackage 获得。

文档

• Haddock 文档已包含在内，并与 Hackage 上的各个包版本链接。
• 库中使用的 HOAS（高阶抽象语法）到 de-Bruijn 转换的思路在此处单独描述。

示例

accelerate-examples

accelerate-examples 包提供了多种计算内核和几个完整应用程序。示例包括：

• Canny 边缘检测 实现
• 交互式 Mandelbrot 集 生成器
• 固体粒子间万有引力的 N 体模拟
• PageRank 算法实现
• 简单的 光线追踪器
• 基于粒子的稳定流体流动模拟
• 元胞自动机模拟
• 用于 MD5 哈希字典查找的“密码恢复”工具

要运行这些示例，可以从 Hackage 使用 cabal get accelerate-examples 获取源代码，或克隆 git 仓库，然后对各个可执行文件使用 cabal run。

Mandelbrot (https://i.imgur.com/RgXRqsc.jpg)
Raytracer (https://i.imgur.com/ZNEGEJK.jpg)

LULESH

LULESH-accelerate 是 Livermore 非结构化拉格朗日显式冲击流体动力学（LULESH）小应用的实现。LULESH 代表典型的流体动力学代码，如 ALE3D，但它是高度简化的应用，硬编码用于在非结构化六面体网格上求解 Sedov 爆炸问题。

LULESH 网格

其他示例

Accelerate 用户还构建了一些自己的重要应用。欢迎添加你自己的例子！

• Jonathan Fraser, GPUVAC (https://github.com/GeneralFusion/gpuvac)：显式平流磁流体动力学模拟
• David van Balen, Sudokus (https://github.com/dpvanbalen/Sudokus)：数独求解器
• Trevor L. McDonell, lol-accelerate：基于环的格密码学 Λ ○ λ (Lol) 库的后端
• Henning Thielemann, patch-image (http://hackage.haskell.org/package/patch-image)：合并重叠图像的拼贴
• apunktbau, bildpunkt (https://github.com/abau/bildpunkt)：光线行进距离场渲染器
• klarh, hasdy (https://github.com/klarh/hasdy)：使用 Accelerate 的 Haskell 分子动力学
• Alexandros Gremm 在 2014 年 CSCS 暑期学校（http://user.cscs.ch/blog/2014/cscs_usi_summer_school_2014_30_june_10_july_2014_in_serpiano_tessin/index.html）中使用 Accelerate（代码 (https://github.com/agremm/cscs)）

我们是谁？

Accelerate 团队（过去和现在）包括：

• Manuel M T Chakravarty (@mchakravarty)
• Gabriele Keller (@gckeller)
• Trevor L. McDonell (@tmcdonell)
• Robert Clifton-Everest (@robeverest)
• Frederik M. Madsen (@fmma)
• Ryan R. Newton (@rrnewton)
• Joshua Meredith (@JoshMeredith)
• Ben Lever (@blever)
• Sean Seefried (@sseefried)
• Ivo Gabe de Wolff (@ivogabe)
• Tom Smeding (@tomsmeding)

Accelerate 的维护者和主要开发者是 Trevor L. McDonell 。

邮件列表和联系方式

• 邮件列表：[email protected]（欢迎讨论使用和开发相关话题）
• 在 Accelerate Google Groups 页面 注册邮件列表
• Bug 报告和问题跟踪：GitHub 项目页面
• 在 gitter 上与我们聊天 (https://gitter.im/AccelerateHS/Lobby)

引用 Accelerate

如果您在学术研究中使用 Accelerate，我们鼓励（但不是必需）引用以下论文：

• Manuel M. T. Chakravarty, Gabriele Keller, Sean Lee, Trevor L. McDonell, and Vinod Grover. Accelerating Haskell Array Codes with Multicore GPUs. In DAMP ’11: Declarative Aspects of Multicore Programming, ACM, 2011.
• Trevor L. McDonell, Manuel M. T. Chakravarty, Gabriele Keller, and Ben Lippmeier. Optimising Purely Functional GPU Programs. In ICFP ’13: The 18th ACM SIGPLAN International Conference on Functional Programming, ACM, 2013.
• Robert Clifton-Everest, Trevor L. McDonell, Manuel M. T. Chakravarty, and Gabriele Keller. Embedding Foreign Code. In PADL ’14: The 16th International Symposium on Practical Aspects of Declarative Languages, Springer-Verlag, LNCS, 2014.
• Trevor L. McDonell, Manuel M. T. Chakravarty, Vinod Grover, and Ryan R. Newton. Type-safe Runtime Code Generation: Accelerate to LLVM. In Haskell ’15: The 8th ACM SIGPLAN Symposium on Haskell, ACM, 2015.
• Robert Clifton-Everest, Trevor L. McDonell, Manuel M. T. Chakravarty, and Gabriele Keller. Streaming Irregular Arrays. In Haskell ’17: The 10th ACM SIGPLAN Symposium on Haskell, ACM, 2017.

Accelerate 主要由学术界人士开发，因此引用对我们非常重要。作为额外的好处，你增加了 Accelerate 的曝光度和潜在用户（以及开发者！）基础，这对所有 Accelerate 用户都有益。

提前感谢！

缺少什么？

以下是目前缺少的功能列表：

• 初步 API（部分 API 可能在后续版本中发生变化）
• 更多功能……请联系我们！