英特爾：oneAPI讓編程更簡(jiǎn)單

廖陸春

oneAPI既作為一種規(guī)范，同時(shí)也是英特爾的一種產(chǎn)品，它可以簡(jiǎn)化并且統(tǒng)一跨不同架構(gòu)以及不同廠商之間的編程，它是一個(gè)鼓勵(lì)社區(qū)和行業(yè)支持的一種開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。

近期，在北京舉行的英特爾軟件戰(zhàn)略及技術(shù)溝通會(huì)上，英特爾介紹了軟件項(xiàng)目“oneAPI”的最新進(jìn)展。英特爾將在2019年第四季度發(fā)布一個(gè)oneAPI開(kāi)發(fā)者測(cè)試版本，并披露更多項(xiàng)目相關(guān)細(xì)節(jié)。該項(xiàng)目旨在提供一個(gè)統(tǒng)一的編程模型，以簡(jiǎn)化跨不同計(jì)算架構(gòu)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工作。英特爾架構(gòu)、圖形與軟件部副總裁兼計(jì)算性能及開(kāi)發(fā)者產(chǎn)品部總經(jīng)理Bill Savage介紹說(shuō)：“oneAPI項(xiàng)目將為開(kāi)發(fā)者帶來(lái)一套能提供一個(gè)統(tǒng)一編程模型的工具。針對(duì)跨多種架構(gòu)的工作負(fù)載，這個(gè)模型簡(jiǎn)化了相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作。目前，英特爾廣泛的計(jì)算產(chǎn)品組合目前已經(jīng)包含專用加速器，我們提供的軟件解決方案將幫助開(kāi)發(fā)者們充分釋放硬件性能?！?/p>

oneAPI始于硬件架構(gòu)

隨著當(dāng)今世界以數(shù)據(jù)為中心的工作負(fù)載日益多樣化，處理數(shù)據(jù)的架構(gòu)也日益多樣化。英特爾廣泛的計(jì)算架構(gòu)覆蓋標(biāo)量（Scalar）、矢量（Vector）、矩陣（Matrix）和空間（Spatial）。這種在英特爾縮寫(xiě)為SVMS的架構(gòu)，需要一個(gè)高效的軟件編程工具來(lái)充分釋放其性能。one API的簡(jiǎn)單易用和高性能滿足了這個(gè)需求，同時(shí)不再需要維護(hù)不同的代碼庫(kù)、多種編程語(yǔ)言以及不同的工具和工作流程。oneAPI支持直接編程和API編程，并將提供統(tǒng)一的語(yǔ)言和庫(kù)，可以在包括CPU、GPU、FPGA和AI加速器等不同硬件上，提供完整的本地代碼性能。

oneAPI基于英特爾的經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)有的至強(qiáng)系列產(chǎn)品，從單一架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行演變，支持多架構(gòu)。同時(shí)，英特爾對(duì)于多種不同架構(gòu)都有很多經(jīng)驗(yàn)積累，這也成為oneAPI背后的支持?！皩?duì)于軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)講，我們擁有性能最好的分析器VTune Amplifer，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上建立了英特爾的oneAPI產(chǎn)品?！盉ill Savage說(shuō)。

oneAPI既作為一種規(guī)范，同時(shí)也是英特爾的一種產(chǎn)品，它可以簡(jiǎn)化并且統(tǒng)一跨不同架構(gòu)以及不同廠商之間的編程，它是一個(gè)鼓勵(lì)社區(qū)和行業(yè)支持的一種開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。此解決方案包含兩部分：第一部分是跨架構(gòu)的編程語(yǔ)言，它使不同的語(yǔ)言、不同的架構(gòu)，以及廠商都可以使用;第二部分是能夠滿足不同領(lǐng)域需求的跨架構(gòu)庫(kù)的集合?！盁o(wú)論是這種高級(jí)的編程語(yǔ)言，還是架構(gòu)庫(kù)，重點(diǎn)都放在性能上，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)中心里面提供全面的性能是重中之重?！盉ill Savage如是說(shuō)。

直接編程語(yǔ)言Data Parallel C++

Data Parallel C++是英特爾現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的一種新的語(yǔ)言，它是開(kāi)放的、基于標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的，并且，能夠跨不同的硬件架構(gòu)提供高性能。Data Parallel C++的目標(biāo)是能夠?qū)⑺峁┙o所有不同的硬件架構(gòu)，并且保證完全的開(kāi)放性。

多元化架構(gòu)需要全新的編程語(yǔ)言，現(xiàn)有的C++、MATLAB等可移植編程語(yǔ)言和CUDA、OpenCL等數(shù)據(jù)并行編程語(yǔ)言，都無(wú)法滿足需求。英特爾正在與行業(yè)攜手開(kāi)發(fā)一種全新的語(yǔ)言，支持實(shí)現(xiàn)橫跨SVMS架構(gòu)的數(shù)據(jù)并行編程。Data Parallel C++語(yǔ)言能夠跨SVMS架構(gòu)為英特爾和行業(yè)提供毫不妥協(xié)的高性能和生產(chǎn)效率。Data Parallel C++是一種基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式跨行業(yè)語(yǔ)言，可替代單一架構(gòu)專有語(yǔ)言。

數(shù)據(jù)中心擁有大量的多元化硬件架構(gòu)，如果想在一個(gè)多元化的不同架構(gòu)中進(jìn)行編程，需要很多種不同的工具和不同語(yǔ)言。面對(duì)這種情況，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要多支團(tuán)隊(duì)，他們各自要去學(xué)習(xí)很多不同專業(yè)的技能，這顯然不是一種最高效的軟件開(kāi)發(fā)方式。“英特爾希望改變這種現(xiàn)狀，所以英特爾開(kāi)發(fā)了Data Parallel C++這種新語(yǔ)言，Data Parallel C++能夠跨結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)毫不妥協(xié)的性能所需的特性和抽象。”英特爾架構(gòu)、圖形與軟件部副總裁兼編譯器與語(yǔ)言部門總經(jīng)理Alice Chan介紹說(shuō)。

高性能庫(kù)推動(dòng)人工智能和數(shù)據(jù)分析的發(fā)展

oneAPI集成了業(yè)內(nèi)頂級(jí)的計(jì)算庫(kù)，包括最快速、使用最廣泛的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)MKL、使用經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)算法的英特爾數(shù)據(jù)分析加速庫(kù)DAAL，以及面向深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的英特爾數(shù)學(xué)核心函數(shù)庫(kù)MKL-DNN等，充分了解底層硬件如CPU和加速器的所有細(xì)節(jié)，并為硬件提供最佳性能。“one API面向數(shù)據(jù)科學(xué)家和應(yīng)用開(kāi)發(fā)者提供跨SVMS架構(gòu)的統(tǒng)一軟件抽象，讓所有開(kāi)發(fā)者可隨時(shí)獲取高性能。”英特爾架構(gòu)、圖形與軟件部首席工程師Eric Lin談道。

在AI和數(shù)據(jù)分析上，英特爾的愿景是提供最佳的計(jì)算庫(kù)，并且針對(duì)這些計(jì)算庫(kù)，把英特爾的硬件變成一個(gè)對(duì)開(kāi)發(fā)者非常容易的抽象，使得他們所有的工作能夠重復(fù)利用、更簡(jiǎn)化。Eric Lin說(shuō)：“我們也會(huì)提供工具、方法，使得我們的部署者真正地從oneAPI中獲益。”

英特爾在庫(kù)上試圖把硬件能力抽象出來(lái)，把最重要的算法變成API，使用者不用自己針對(duì)硬件再去開(kāi)發(fā)，用API就可以把硬件所有潛力發(fā)揮出來(lái)，這就是英特爾提供的高性能庫(kù)。

“我們的策略是把英特爾的庫(kù)集成到框架中，框架再提供給數(shù)百萬(wàn)數(shù)據(jù)科學(xué)家、算法工程師，他們使用它開(kāi)發(fā)出真正的應(yīng)用，從硬件到應(yīng)用這條路就打通了?！盓ric Lin談道。

英特爾oneAPI有幾個(gè)最重要的庫(kù)。第一個(gè)是英特爾數(shù)學(xué)核心函數(shù)庫(kù)（MKL），它里面提供了很多數(shù)列變換、矩陣計(jì)算、解方程，各種積分、微分、數(shù)學(xué)公式都在里面，它已經(jīng)被世界上45%的超級(jí)計(jì)算機(jī)使用，只要是采用英特爾架構(gòu)的都在使用英特爾的MKL。第二個(gè)庫(kù)是英特爾的數(shù)據(jù)分析加速庫(kù)（DAAL），它實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)子類，整個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)際上就是尋找一個(gè)函數(shù)，并且找到它的參數(shù)，需要大量的數(shù)據(jù)才使得這個(gè)函數(shù)能夠做最佳擬合。第三個(gè)庫(kù)是面向深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的英特爾數(shù)學(xué)核心函數(shù)庫(kù)（MKL-DNN），英特爾把深度學(xué)習(xí)的一些關(guān)鍵元素抽象出來(lái)，并且提供給開(kāi)發(fā)者?！八杏⑻貭柕膸?kù)都針對(duì)各種各樣的英特爾的硬件進(jìn)行優(yōu)化。任何人只要實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口，設(shè)計(jì)了新的芯片，都可以從庫(kù)里獲得優(yōu)化?！盓ric Lin介紹說(shuō)。

oneAPI在英特爾的AI和數(shù)據(jù)分析上布局，庫(kù)是給一些非常愿意優(yōu)化底層的人提供的抽象，未來(lái)，優(yōu)化的架構(gòu)向很多的數(shù)據(jù)科學(xué)家提供抽象，使他們的工作更加容易，幫助他們完成簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)、簡(jiǎn)單的維護(hù)并帶來(lái)高性能。