Parallélisme : des efforts en perspective

Renaud Bonnet et Pierre Hardoin

Décision Informatique

le 20/07/2007 à 07h00

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“ Jusqu'à présent, la vitesse des processeurs évoluant régulièrement, on ne se posait guère de questions sur le gain de performance des applications, qui allait de soi à chaque changement de matériel. Mais nous arrivons aux limites des possibilités des semi-conducteurs à continuer dans cette voie ”, résume Jacques Truchet, consultant Solaris chez Sun.

En effet, la hausse de fréquence des processeurs se heurte aux lois de la physique, et son coût devient insupportable en énergie et en dissipation thermique. La nouvelle voie de développement consiste à multiplier les unités de traitement au sein des processeurs par des technologies telles que le multicœur et le Simultaneous MultiThreading (SMT), cette dernière consistant à faire exécuter à un même processeur plusieurs files d'instructions (threads) en même temps. Résultat : on voit sur le marché des processeurs à deux, quatre, voire huit cœurs, capables d'exécuter jusqu'à trente-deux threads dans le cas de l'UltraSPARC T1 de Sun.

L'augmentation mathématique des performances est-elle donc acquise pour les prochaines années par ce gain de parallélisme ? Pas aussi simple, alors que tous les logiciels bénéficiaient du gain de fréquence, tous ne sont pas capables de bénéficier de ce parallélisme.

Lors d'une conférence l'an dernier à Paris, Herb Sutter, architecte logiciel chez Microsoft et spécialiste du langage C++, expliquait que l'époque où chaque nouvelle génération de processeurs améliorerait les performances des applications était révolue, et appelait à une réforme des outils de développement multithread.

“ Aujourd'hui, la façon de développer est telle que peu de gens tirent pleinement parti de ces nouvelles architectures matérielles ”, considère Sami Jaber (lire encadré) contre l'avis de Stanislas Odinot, responsable marketing chez Intel France : “ La programmation de logiciels multithreads est courante, et ce depuis des années. ” Mais Stephen Herrod, vice-président de VMware, rappelle “ qu'il est très dur d'écrire un programme parallèle pour plus de quatre processeurs. Mais, comme la technologie multicœur décolle, il faut trouver un moyen de s'en servir. ”

Pile d'optimisations

En fait, comme le résume Jacques Truchet, “ il existe une pile de niveaux d'optimisation à prendre en compte, et le choix d'intervenir à l'un ou l'autre de ces niveaux dépend des besoins et des ressources. Les entreprises n'en sont pas encore à réécrire leurs applications, mais l'optimisation pour ces nouvelles architectures les préoccupe. ” L'équation est complexe, elle fait entrer en jeu les compilateurs, les systèmes d'exploitation, les environnements d'exécution (tels Java et .NET), les middlewares, mais aussi la façon dont les logiciels sont développés. Le compilateur tire du code du parallélisme dit “ explicite ”, basé sur les structures du langage de développement.

Sun et Intel ont d'ailleurs mis à jour dernièrement leurs outils de compilation en promettant justement des améliorations dans ce sens. Ensuite, les systèmes d'exploitation modernes ont tous une capacité à générer du parallélisme. “ Solaris est conçu pour gérer un nombre important de processus. Comme une application est généralement composée de plusieurs processus, on bénéficiera du parallélisme à travers l'OS ”, rappelle Jacques Truchet.

Les environnements d'exécution ont aussi leur rôle à jouer. “ Une JVM fait beaucoup de choses pour le développeur, elle gère la mémoire, mais aussi les threads. Un grand nombre de développeurs Java ne voit jamais un thread, car le serveur d'applications s'en charge ”, explique Alexis Moussine-Pouchkine, architecte Java chez Sun.

On peut aussi obtenir des optimisations en configurant la JVM de façon précise pour une application donnée. La virtualisation fournit aussi une partie de la solution, quoi qu'il soit plus juste de parler ici d'optimisation des ressources. “ Il est compliqué de développer des applications parallèles pour une machine à, disons, seize cœurs. Les techniques de virtualisation peuvent être une solution, en attachant x cœurs à une machine virtuelle. Il est vrai qu'à l'intérieur de chaque machine virtuelle, le fonctionnement reste séquentiel ”, explique Sylvain Siou, directeur technique de VMware pour la France.

Agir dès le développement

Même s'il ne nie pas l'importance de toutes ces optimisations, Sami Jaber n'en démord pas : “ Si on veut aller plus loin dans l'utilisation efficace du parallélisme apporté par les architectures sous-jacentes, ce sera au développeur de placer les bons mots-clés dans son code au moment où il l'écrit, car c'est lui qui a la meilleure vision de la façon dont l'application est structurée. Faire de l'analyse de code par la suite est possible, mais cela reste très coûteux. ” “ Concevoir une application multithread ne peut se faire qu'en amont, confirme Jacques Truchet. Les spécialistes du système seront toujours là pour assurer une partie de l'optimisation, mais c'est plutôt la conception même des applications qu'il faudra revoir. ” Chez Intel, on confirme apporter de l'assistance à des éditeurs ou à des entreprises, sous forme de conseils ou parfois de retouche du code. “ Pour les éditeurs qui n'ont pas anticipé, cela demande un travail intellectuel de comprendre comment exploiter le multithreading, pour imaginer comment découper leur logiciel. Une fois ce découpage imaginé, il faut ensuite le programmer, et cela coûte souvent cher ”, affirme Stanislas Odinot.

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