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更新时间:2022-07-25 03:14:08作者:潘星教育网阅读量:62
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在上月于费城举办的编程语言原理大会上,麻省理工学院(MIT)计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)二年级博士生 Amanda Liu 表示,使用他们专为高性能计算而设计的新编程语言,可以很好地兼顾速度与正确性。此前人们普遍认为,速度与可靠性存在不可避免的权衡。
据悉,Liu 与加州大学伯克利分校博士后 Gilbert Louis Bernstein、MIT 副教授 Adam Chlipala 和助理教授 Jonathan Ragan-Kelley 一道,描述了他们最近开发的“张量语言”(A Tensor Language)。
ATL 语言旨在产生一个数字或张量,所谓张量就向向量和矩阵的泛化。
向量是一维对象(通常由单独的箭头表示),矩阵是相对脸熟的二维数字数组。
而张量是 n 维数组,例如可用 3×3×3 的数组形式、或更高 / 更低的维度。
a verified framework for optimizing tensor programs(via)
计算机算法或程序的全部意义,在于启动特定的计算。不过想要实现目的,可用诸多不同的方式来编写。正如该研究团队在即将发表的会议论文中所写的那样:
各种不同的代码实现方式让人眼花缭乱,某些方案的速度要快得多。
但鉴于高性能计算的资源开销极其夸张,ATL 希望用更高效的方式来修改或重写程序。
普通开发者习惯从最容易着手的地方开始编程,但这显然没有考虑到最佳的运行效率,因而需要进一步调整优化。
假设图像由 100×100 的数字数组表示,每个数字对应一个像素,且希望获得这些数字的均值。
这项工作可通过两阶计算完成,首先确定每行的平均值,然后获取每列的平均值。
ATL 提供了一个相关的工具包 —— 计算机科学家称之为“框架”—— 能够展示如何将这两个步骤转换为更快的一步过程。
Liu 补充道:我们可借助所谓的“证明助手”(proof assistant),来确保这种优化的正确性。
有鉴于此,团队在现有的 Coq 语言的基础上构建了新语言。而其中包含的证明助手,具有以数学严谨的方式证明其断言的内在能力。
不过在 MIT 团队看来,Coq 有另一个值得称道的内在特性 —— 用它编写或适配的程序,是无法在无限循环中无止境地运行的。
举个例子,用 Java 编写的程序,可能会发生这种状况。我们运行一个程序来得到一个单一的答案 —— 一个数字、或一个张量。
一个永不终止的程序,对我们说来毫无用处,但终止(terminate)是我们可使用 Coq 免费获得的一项特性。
只得一提的是,ATL 项目结合了 Ragan-Kelley 和 Chlipala 两项研究的成果,前者长期持续关注着高性能计算背景下的算法优化。
与此同时,Chlipala 更关注算法优化的形式化(例如基于数学的验证),但 ATL 是两者都首次合作 —— Bernstein 和 Liu 与去年携手,并产出了 ATL 这个成果。
据悉,ATL 是首个、也是迄今唯一一个具有正式验证优化的张量语言。目前 ATL 仍处于原型阶段,但研究团队已在许多小程序上展开了测试,可知其具有相当光明的前景。
展望未来,他们的主要目标之一是提升 ATL 的可扩展性,以便它能够用于我们在现实世界中看到的更大型的程序。
此前这些程序的优化工作,通常需要人工来完成。除了总有临时需要解决的问题、还总涉及反复实验,因而难免发生大量的错误。
好消息是,借助 ATL,我们有望遵循一种更具原则的方法来重写这些程序 —— 且这么做更加容易,也更能保证程序的正确性。
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