Forschungsschwerpunkte
Algorithmische Skelette
SkelCL – Eine Skelettbibliothek für heterogene Systeme
http://skelcl.uni-muenster.de
Dr. Michel Steuwer
Vita
Akademische Ausbildung
- Promotionsstudium Informatik
- Studiengang Diplom-Informatik
Beruflicher Werdegang
- Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Edinburgh
- Forschungsaufenthalt an der Universität Edinburgh
- Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Münster
- Forschungsaufenthalt an der Universität Edinburgh
- Forschungsaufenthalt an der Universität Edinburgh
- Forschungsaufenthalt an der Universität Edinburgh
- Studentische Hilfskraft an der Universität Münster
Publikationen
Forschungsartikel in einem Sammelband (Konferenz)
- Haidl, M, Steuwer, M, Dirks, H, Humernbrum, T, und Gorlatch, S. . „Towards Composable GPU Programming: Programming GPUs with Eager Actions and Lazy Views.“ In Proceedings of the 8th International Workshop on Programming Models and Applications for Multicores and Manycores, herausgegeben von Q Chen und Z Huang. New York, NY: ACM Press. doi: 10.1145/3026937.3026942.
Forschungsartikel (Buchbeitrag)
- Kessler, Christoph, Gorlatch, Sergei, Enmyren, Johan, Dastgeer, Usman, Steuwer, Michel, und Kegel, Philipp. . „Skeleton Programming for Portable Many-Core Computing.“ In Programming Multicore and Many-core Computing Systems, herausgegeben von Sabri Pllana und Fatos Xhafa. John Wiley & Sons.
- Haidl, M, Steuwer, M, Humernbrum, T, und Gorlatch, S. . „Multi-Stage Programming for GPUs in Modern C++ using PACXX.“ Beitrag präsentiert auf der The 9th Annual Workshop on General Purpose Processing Using Graphics Processing Unit, GPGPU '16, Barcelona, Spain New York, NY, USA: ACM Press. doi: 10.1145/2884045.2884049.
- Steuwer, Michel. . „Improving Programmability and Performance Portability on Many-Core Processors.“ Dissertationsschrift, University of Münster.
Forschungsartikel (Zeitschriften)
- Olejnik, Michael, Steuwer, Michel, Dybowski, J.Nikolaj, Gorlatch, Sergei, und Heider, Dominik. . „gCUP: Rapid GPU-based HIV-1 Coreceptor Usage Prediction for Next-Generation Sequencing.“ Bioinformatics 30 (22): 3272–3273. doi: 10.1093/bioinformatics/btu535.
- Steuwer, Michel Haidl Michael, und Breuer, Stefan Gorlatch Sergei. . „High-Level Programming of Stencil Computations on Multi-GPU Systems using the SkelCL Library.“ Parallel Processing Letters 24 (03): 1441005. doi: 10.1142/S0129626414410059.
- Steuwer, Michel Gorlatch Sergei. . „SkelCL: a high-level extension of OpenCL for multi-GPU systems.“ The Journal of Supercomputing 69 (1): 25–33. doi: 10.1007/s11227-014-1213-y.
- Steuwer, Michel Friese Malte, und Albers, Sebastian Gorlatch Sergei. . „Introducing and Implementing the Allpairs Skeleton for Programming Multi-GPU Systems.“ International Journal of Parallel Programming 42 (4): 601–618. doi: 10.1007/s10766-013-0265-6.
Forschungsartikel in Sammelbänden (Konferenzen)
- Fumero, Juan Jose, Steuwer, Michel, und Christophe, Dubach. . „A Composable Array Function Interface for Heterogeneous Computing in Java.“ In Proceedings of ACM SIGPLAN International Workshop on Libraries, Languages, and Compilers for Array Programming New York, NY, USA: ACM Press. doi: 10.1145/2627373.2627381.
- Gorlatch, Sergei Steuwer Michel. . „Towards High-Level Programming for Systems with Many Cores.“ In Perspectives of Systems Informatics - 9th International Andrei Ershov Memorial Conference, PSI 2014, Lecture Notes in Computer Schience, herausgegeben von Alexander Marchuk und Andrey Terekhov. Springer.
- Breuer, Stefan, Steuwer, Michel, und Gorlatch, Sergei. . „Extending the SkelCL Skeleton Library for Stencil Computations on Multi-GPU Systems.“ In Proceedings of the 1st International Workshop on High-Performance Stencil Computations, herausgegeben von A Größlinger und H Köstler. Wien: International Workshop on High-Performance Stencil Computations.
Forschungsartikel (Zeitschriften)
- Kegel, Philipp, Steuwer, Michel, und Gorlatch, Sergei. . „dOpenCL: Towards uniform programming of distributed heterogeneous multi-/many-core systems.“ Journal of Parallel and Distributed Computing 73 (12): 1639–1648. doi: 10.1016/j.jpdc.2013.07.021.
- Steuwer, Michel Gorlatch Sergei. . „High-Level Programming for Medical Imaging on Multi-GPU Systems using the SkelCL Library.“ Procedia Computer Science 18: 749–758. doi: 10.1016/j.procs.2013.05.239.
Forschungsartikel in einem Sammelband (Konferenz)
- Steuwer, Michel Gorlatch Sergei. . „SkelCL: Enhancing OpenCL for High-Level Programming of Multi-GPU Systems.“ In Parallel Computing Technologies - 12th International Conference (PaCT 2013), Bd. 7979 aus Lecture Notes in Computer Science, herausgegeben von Malyshkin Victor. Springer. doi: 10.1007/978-3-642-39958-9_24.
Forschungsartikel (Buchbeitrag)
- Kegel, Philipp, Steuwer, Michel, und Gorlatch, Sergei. . „Uniform High-Level Programming of Many-Core and Multi-GPU Systems.“ In Transition of HPC Towards Exascale Computing, Bd. 24 aus Advances in Parallel Computing, herausgegeben von Erik D'Hollander, Jack Dongarra, Ian Foster, Lucio Grandinetti und Gerhard Joubert. IOS Press. doi: 10.3233/978-1-61499-324-7-159.
Forschungsartikel in Sammelbänden (Konferenzen)
- Kegel, Philipp, Steuwer, Michel, und Gorlatch, Sergei. . „dOpenCL: Towards a uniform programming approach for distributed heterogeneous multi-/many-core systems.“ In Proceedings of the 2012 IEEE 26th International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops, IPDPSW 2012 Wiley-IEEE Computer Society Press. doi: 10.1109/IPDPSW.2012.16.
- Steuwer, Michel Gorlatch Sergei, und Buß, Matthias Breuer Stefan. . „Using the SkelCL Library for High-Level GPU Programming of 2D Applications.“ In Euro-Par 2012: Parallel Processing Workshops - BDMC, CGWS, HeteroPar, HiBB, OMHI, Paraphrase, PROPER, Resilience, UCHPC, VHPC, Rhodes Islands, Greece, August 27-31, 2012. Revised Selected Papers, Bd. 7640 aus Lecture Notes in Computer Science, herausgegeben von Ioannis Caragiannis, Michael Alexander, Rosa M. Badia, Mario Cannataro, Alexandru Costan, Marco Danelutto, Frederic Desprez, Bettina Krammer, Julio Sahuquillo, Stephen L. Scott und Josef Weidendorfer. Rhodes Islands, Greece: Springer. doi: 10.1007/978-3-642-36949-0_41.
- Steuwer, Michel, Kegel, Philipp, und Gorlatch, Sergei. . „A High-Level Programming Approach for Distributed Systems with Accelerators.“ In New Trends in Software Methodologies, Tools and Techniques - Proceedings of the Eleventh SoMeT '12, herausgegeben von Hamido Fujita und Roberto Revetria. Amsterdam: IOS Press. doi: 10.3233/978-1-61499-125-0-430.
- Steuwer, Michel, Kegel, Philipp, und Gorlatch, Sergei. . „Towards High-Level Programming of Multi-GPU Systems Using the SkelCL Library.“ In Proceedings of the 2012 IEEE 26th International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops, IPDPSW 2012, herausgegeben von IEEE. Shanghai: Wiley-IEEE Press. doi: 10.1109/IPDPSW.2012.229.
Forschungsartikel (Buchbeitrag)
- Kessler, Christoph, Gorlatch, Sergei, Enmyren, Johan, Dastgeer, Usman, Steuwer, Michel, und Kegel, Philipp. . „Skeleton Programming for Portable Many-Core Computing.“ In Programming Multi-core and Many-core Computing Systems, Parallel and Distributed Computing, herausgegeben von Sabri Pllana und Fatos Xhafa. Wiley-Blackwell.
- Steuwer, Michel, Kegel, Philipp, und Gorlatch, Sergei. . „SkelCL - A Portable Skeleton Library for High-Level GPU Programming.“ In 2011 IEEE International Symposium on Parallel and Distributed Processing Workshops and Phd Forum (IPDPSW) Wiley-IEEE Press. doi: 10.1109/IPDPS.2011.269.
- Steuwer, Michel, Kegel, Philipp, und Gorlatch, Sergei. . Angewandte Mathematik und Informatik, Bd. 04/10 - I, SkelCL - A Portable Multi-GPU Skeleton Library Münster: University Münster.
Promotion
Improving Programmability and Performance Portability on Many-Core Processors
- Betreuer
- Prof. Dr. Sergei Gorlatch
- Promotionsfach
- Informatik
- Abschlussgrad
- Dr. rer. nat.
- Verleihender Fachbereich
- Fachbereich 10 – Mathematik und Informatik
Computer processors have radically changed in the recent 20 years with multi- and many-core architectures emerging to address the in- creasing demand for performance and energy efficiency. Multi-core CPUs and Graphics Processing Units (GPUs) are currently widely programmed with low-level, ad-hoc, and unstructured programming models, like multi-threading or OpenCL/CUDA. Developing functionally correct applications using these approaches is challenging as they do not shield programmers from complex issues of parallelism, like deadlocks or non-determinism. Developing optimized parallel programs is an even more demanding task – even for experienced programmers. Optimizations are often applied ad-hoc and exploit specific hardware features making them non-portable.In this thesis we address these two challenges of programmability and performance portability for modern parallel processors.In the first part of the thesis, we present the SkelCL programming model which addresses the programmability challenge. SkelCL introduces three main high-level features which simplify GPU programming:1) parallel container data types simplify the data management in GPU systems;2) regular patterns of parallel programming (a. k. a., algorithmic skeletons) simplify the programming by expressing parallel computation in a structured way;3) data distributions simplify the programming of multi-GPU systems by automatically managing data across all the GPUs in the system.We present a C++ library im- plementation of our programming model and we demonstrate in an experimental evaluation that SkelCL greatly simplifies GPU programming without sacrificing performance.In the second part of the thesis, we present a novel compilation technique which addresses the performance portability challenge. We introduce a novel set of high-level and low-level parallel patterns along with a set of rewrite rules which systematically express high-level algorithmic implementation choices as well as low-level, hardware- specific optimizations. By applying the rewrite rules pattern-based programs are transformed from a single portable high-level representation into hardware-specific low-level expressions from which efficient OpenCL code is generated. We formally prove the soundness of our approach by showing that the rewrite rules do not change the program semantics. Furthermore, we experimentally confirm that our novel compilation technique can transform a single portable expression into highly efficient code for three different parallel processors, thus, providing performance portability.Lehre
- Projektseminar: Projektseminar: Design und Implementation einer High-Level API zur Programmierung heterogener Clustersysteme [100222]
(zusammen mit Sergei Gorlatch)
- Seminar: Seminar High-Level-Programmierung paralleler und verteilter Rechnersysteme [100262]
(zusammen mit Sergei Gorlatch) - Projektseminar: Projektseminar High-Level-Programmierung von Online-Spielen in Future Generation Networks [100277]
(zusammen mit Frank Glinka und Sergei Gorlatch)
- V/Ü: Multi-core und GPU: Parallele Programmierung [104279]
(zusammen mit Sergei Gorlatch) - Vorlesung/Praktikum: Einführung in C/C++ [104283]
- V/Ü: Betriebssysteme [103810]
(zusammen mit Sergei Gorlatch) - Seminar: Seminar "Heterogene parallele Systeme" [103839]
(zusammen mit Philipp Kegel, Sebastian Albers und Sergei Gorlatch)
- V/Ü: Multi-core und GPU: Parallele Programmierung [102289]
(zusammen mit Sergei Gorlatch) - Projektseminar: Projektseminar: High-Level Programmierung heterogener paralleler Systeme [102274]
(zusammen mit Sergei Gorlatch)
- V/Ü: Betriebssysteme [102018]
(zusammen mit Sergei Gorlatch) - Seminar: Seminar: Technische Aspekte des Cloud-Computings [102056]
(zusammen mit Dominique Meiländer und Sergei Gorlatch)
- V/Ü: Multi-core und GPU: Parallele Programmierung [102435]
(zusammen mit Sergei Gorlatch) - Projektseminar: Projektseminar: Internet- und GPU-basiertes Cloud Computing [102454]
(zusammen mit Philipp Kegel, Dominique Meiländer und Sergei Gorlatch)
- Projektseminar: Projektseminar: Design und Implementation einer High-Level API zur Programmierung heterogener Clustersysteme [100222]
Betreute Abschlussarbeiten
Sommersemester 2014
- Bachelorarbeit: Evaluation der Skelettbibliothek FastFlow
- Bachelorarbeit: Eine parallele Implementierung der T-CUP Software mithilfe der SkelCL-Bibliothek
Wintersemester 2013/14
- Masterarbeit: Entwicklung eines Divide & Conquer Skelettes für SkelCL
- Masterarbeit: Ein GPU-basiertes Klassifikations-Framework zur HIV Resistenzvorhersage
- Masterarbeit: Erweiterung der SkelCL-Bibliothek mit einem Skelett für Stencil Berechnungen
- Bachelorarbeit: Autotuning der Workgroup-Size von OpenCL-Programmen
Sommersemester 2013
- Masterarbeit: Entwicklung eines Modells zur Vorhersage von Arbeitsverteilung in heterogenen Systemen und seine Implementierung in der SkelCL-Bibliothek
- Bachelorarbeit: Implementierung des Needleman-Wunsch Algorithmus und der Breitensuche mit der SkelCL-Bibliothek
- Bachelorarbeit: Evaluation der Skelettbibliothek SkePU
Wintersemester 2012/13
- Masterarbeit: Ergänzung der Skelett-Bibliothek SkelCL um ein Skelett für All-Pairs-Berechnungen
- Bachelorarbeit: Implementierung der LR-Zerlegung und des Mersenne-Twister mit der SkelCL-Bibliothek
- Bachelorarbeit: Performanceanalyse von SkelCL mittels B+-Baum Traversierung und 3D Jacobi Stencil
- Diplomarbeit: Simulation und Analyse zweidimensionaler Turbulenz auf parallelen Rechnerarchitekturen
Sommersemester 2012
- Diplomarbeit: Erweiterung der SkelCL-Bibliothek um mehrdimensionale Datentypen
Sommersemester 2011
- Bachelorarbeit: Unsersuchung des Einsatzes von Grafikkarten für den Radixsort
- Bachelorarbeit: Eine Erweiterung der SkelCL-Bibliothek für GPUs mit Iteratoren
- Bachelorarbeit: Verbesserung des MapOverlap Skelettes in SkelCL
- Bachelorarbeit: Entwicklung einer Bibliothek zur Manipulation und Interpretation von Quellcode der Sprachen der C-Familie