oneAPI統(tǒng)一編程模式提供跨架構(gòu)性能

oneAPI是一個(gè)統(tǒng)一編程模型，可以簡化我們在不同的體系結(jié)構(gòu)中進(jìn)行異構(gòu)計(jì)算的開發(fā)流程，充分發(fā)掘性能來滿足各種不同負(fù)載的需求。在開源社區(qū)，英特爾為oneAPI絕大部分內(nèi)容建立開放代碼項(xiàng)目，為了鼓勵(lì)協(xié)作，英特爾還發(fā)布了Devcloud，開發(fā)測試工作負(fù)載，以便更多的使用者體驗(yàn)oneAPI編程。

多架構(gòu)編程所面臨的問題是，如今大多數(shù)追求性能表現(xiàn)的編程都針對單一架構(gòu)，不容易在其他架構(gòu)上重復(fù)使用已有的代碼。這限制了開發(fā)者的選擇，使得在新的硬件產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)，過往的開發(fā)投入無法被重復(fù)利用。與此同時(shí)，高性能計(jì)算環(huán)境正利用多種計(jì)算設(shè)備，包括CPU、GPU以及其他的硬件加速器，由于存在如此多的異構(gòu)平臺為這些不同架構(gòu)開發(fā)高效軟件，編程開發(fā)自然面臨許多挑戰(zhàn)。

每種硬件計(jì)算設(shè)備都需要使用不同的語言和庫進(jìn)行編程，針對這些計(jì)算軟件需要維護(hù)的代碼庫，在中間件和框架層我們進(jìn)行了大量重復(fù)操作來發(fā)掘不同硬件體系結(jié)構(gòu)的差異化優(yōu)勢，滿足我們的計(jì)算需求，這嚴(yán)重地降低了我們的開發(fā)效率。

為了解決上述多架構(gòu)編程所帶來的問題，英特爾提出了oneAPI這個(gè)解決方案，該項(xiàng)目旨在提供統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境。oneAPI行業(yè)倡議基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開放式規(guī)范，對用戶提供多種硬件廠商選擇，提供統(tǒng)一編程語言和庫來做并行化計(jì)算，使得在各種硬件上寫程序都能達(dá)到應(yīng)有的性能。這種靈活性以及對以往代碼的重用，使得開發(fā)者能夠使用到最佳的處理器和加速器，更好地滿足工作負(fù)載對性能、成本和功耗的需求。

oneAPI屬于貼近底層硬件的基礎(chǔ)編程層級，可以使各中間件和框架來指示CPU以及多種加速器，用戶可以直接利用中間件和框架或者使用oneAPI自帶的高級編程語言，oneAPI編程模型可以與其他現(xiàn)存的模型進(jìn)行互操作。

oneAPI行業(yè)技術(shù)的提出是基于標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)規(guī)范，替代了原有單一供應(yīng)商解決方案，使得用戶獲得更加廣闊創(chuàng)新的開發(fā)系統(tǒng)。oneAPI可以簡化跨多種類型的CPU和加速器開發(fā)，并不限于英特爾公司出品的硬件。oneAPI規(guī)范包括三個(gè)部分：第一部分是直接編程，提供了基于開放標(biāo)準(zhǔn)的編程語言DPC++；第二部分是基于API編程，提供一組充分發(fā)掘硬件性能的庫，為所有支持平臺提供與本機(jī)一致的性能；第三部分是底層硬件接口，可為供應(yīng)商提供硬件抽象層。這些組件大多數(shù)都是開源的，以鼓勵(lì)開發(fā)社區(qū)協(xié)作并幫助構(gòu)建新功能，并且這個(gè)開源范圍還在繼續(xù)擴(kuò)展中。

基于oneAPI的規(guī)范，英特爾oneAPI實(shí)現(xiàn)了包括基礎(chǔ)功能套件以及針對特定領(lǐng)域的補(bǔ)充工具套件?；A(chǔ)工具套件除了oneAPI規(guī)范中提到的三個(gè)之外，還提供了英特爾DPC++兼容性工具。

首先，我們來仔細(xì)看看基礎(chǔ)工具套件里面有哪些內(nèi)容。除了DPC++兼容性工具分析和調(diào)試性工具外，基礎(chǔ)工具套件里面有一些數(shù)學(xué)歷程、矩陣代數(shù)、I數(shù)據(jù)分析庫（包含機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析功能）、oneAPI深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫、深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練和推理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能以及oneAPI視頻處理庫，里面有實(shí)時(shí)的視頻解碼、編碼、轉(zhuǎn)碼的處理功能。

其次，我們來看一下oneAPI技術(shù)工具套件里面的組件。第一是DPC++編譯器，英特爾通過工作組以及社區(qū)協(xié)作，使其更貼近行業(yè)現(xiàn)狀。在基礎(chǔ)工具套件里面，我們要看的第二個(gè)組件是DPC++兼容性工具，該組件將已有的程序遷移到DPC++，但是不能完全替代開發(fā)人員工作。第三個(gè)基礎(chǔ)工具套件還包含了增強(qiáng)版的Vtune，在英特爾長期投入研發(fā)領(lǐng)先的分析工具基礎(chǔ)上提供了增強(qiáng)版本，以支持一系列空間架構(gòu)。第四個(gè)技術(shù)功能套件里面還提供了孕育在CPU和其他加速器上進(jìn)行代碼調(diào)試的高級語言調(diào)試器、基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開源的GDB調(diào)試器。

英特爾將大力投資一系列計(jì)劃，以推動(dòng)DPC++語言，這些計(jì)劃包括廣泛的開發(fā)者支持計(jì)劃。英特爾推出oneAPI的目的就是簡化處理器和加速器的開發(fā)，并不僅僅局限于英特爾的問卷。

由于oneAPI作為包含直接編程和基于oneAPI的標(biāo)準(zhǔn)組件，集成廣泛的創(chuàng)新，在戰(zhàn)略行業(yè)協(xié)作之中以及第三方參與該計(jì)劃的公司，均可以使用oneAPI開放規(guī)范來構(gòu)建自己。

最后，我們鼓勵(lì)第三方公司為其他廠商開發(fā)符合oneAPI規(guī)范的商業(yè)產(chǎn)品。第三方和OEM廠商可以根據(jù)自身情況決定發(fā)布形式。我們來看一下英特爾的Devcloud，開發(fā)人員可以下載英特爾oneAPI測試工具包以供本地使用，也可以通過云端英特爾工具包快速入門，可以跨多種英特爾架構(gòu)工作負(fù)載。該項(xiàng)目可以通過安裝和設(shè)置節(jié)省時(shí)間，并且可以靈活地適用不同硬件，而無需耗費(fèi)搭建開發(fā)平臺的成本。

需要指出的是，英特爾Devcloud所提供的人工環(huán)境是真實(shí)的物理平臺，不是虛擬機(jī)。用戶在注冊了Devcloud賬號以后可以在120天之內(nèi)免費(fèi)地使用安裝oneAPI測試版軟件以及英特爾各種支持oneAPI硬件的社會(huì)平臺，時(shí)間期限到了之后還可以進(jìn)行續(xù)期申請。