我是“翻译官”优化师吴锋
2015年我加入华为中软院编译器实验室,那时候它还叫欧拉六部。
其实程序员敲代码写的编程语言机器是看不懂的,需要先翻译成汇编语言,也就是一条条指令,再转换成二进制,这样机器才明白我们要做什么。编译器就像是“翻译官”,把程序员懂的编程语言转化成机器认识的二进制,如果这个“翻译官”看不懂编程语言或者翻译的速度慢,在性能上的影响就可想而知了。
性能虽然可以通过手动改写汇编语言(机器指令)进行优化,但汇编语言复杂难写、工作量大、不易理解,如果不想写汇编却要有接近汇编的性能,就得依赖于一款强大的编译器,这就是我们做编译器的目标和使命。
从使用者到开发者
刚来华为的半年比较痛苦,威廉希尔官方网站 讨论的时候周围的同事都是资深研发,说起威廉希尔官方网站 来头头是道,我经常听得云里雾里,搞的我每次开会心理压力都很大。
编译器这个东西门槛高,威廉希尔官方网站 深。为了对这一块有更深的理解,尽快上手,我记得当时是早上8点上班,我一般提前一小时7点到工位,结合实际的应用,带着问题看代码,我把编译器里面一些常用模块的代码看了不知道多少遍。
因为在上一家公司近7年嵌入式领域的积累,我对性能(时延)比较敏感,渐渐地我也发现了自己擅长从用户角度出发,提出产品的问题和优化点。从此我在华为所做的诸多大事小事,也基本离不开“优化”两字。
很快我就迎来了自己的第一次出差,是去上海。一天主管过来说:“有个项目提了紧急援助,你们去攻关一下”。虽然这活一听,就比较难搞定,但是对于还没有转正的我来说是一个很好的机会,于是我做好了摩拳擦掌、大显身手的准备。在那之前,我只知道华为人为了业务是敢打敢拼,还没有真正见识过,直到我参与了这次项目,第一次感受到为了冲刺交付的那股热血。我到现在都记得,那段时间是冬天,很冷,但我在上研所“与世隔绝”,每天早上进去,晚上出来,仿佛外面雨雪风霜都与我们无关。
当时正值无线5G威廉希尔官方网站 的大PK,各大厂商搞得如火如荼。无线同事们攻关数月,已经取得很大进展,但是在基带业务上遇到性能瓶颈,业务处理时延值远大于目标值。经过分析讨论,分解给我们编译器的任务是优化十几个算法处理类函数,当前指标相比预期,有的甚至差距十几倍乃至几十倍。受到周围热血攻关的气氛的影响,我拿到任务也是一头扎进去,基于之前多年的经验以及前段时间的苦学,面对第一个需要优化的函数,我从拿手的汇编开始分析,很快便发现了性能差的主要原因。因为对编译器性能的了解,略微调整下算法中C语言某一段代码的写法,竟然就成功了,函数性能一下子提升X倍,达成了预期目标!这个结果令我兴奋不已,这一定程度验证了我之前努力的成效,更是给了我莫大的鼓励,让我对接下来的挑战充满信心。
最后经过两周的攻关,我们达成了全部的目标,帮助产品解决了当前项目中的最大阻塞点。这次给我最深的感悟就是优化不是靠“磨”出来的,解决第一个的时候还在摸索,到后面慢慢就掌握了一些方法门路,越来越上手了。
数着cycle过日子的“火锅小分队”
如果说第一次攻关我们是援军,那么第二次攻关我们就是主力军,而我更是主力军中的先锋。
那会儿无线准备开发第一代自研矢量核,相比于普通核,芯片支持更宽的矢量计算,因此在矢量化后可以将运算次数缩减到1/X,让芯片的性能提升X倍,我们团队承接了其配套的编译器开发,把实现矢量化功能的代码“翻译”给芯片。
业务对我们的要求非常高,我们第一次出来的版本在业务侧验证,性能仅有手写汇编的30%,距离既定目标差的非常远。在现场直面产品的我很受打击。身体僵坐在工位上看着屏幕上的代码,听着业务侧的同事拍桌子质问:“这么大的差距,怎么追?”没有人能比我当时的心情更着急。接下来,我们和产品矢量核业务开发团队开展联合优化,一方面双方可以一起探索如何写出高性能的矢量核代码;另一方面,在探索过程中,我们可以了解业务特点,发掘编译器的待改进点。他们做功能,我们优化性能,双管齐下。
各个模块里业务侧都有自己的期望值,一开始的差距甚至都在2倍3倍以上。经过我们和业务侧的讨论,不久就确定了各个项目里程碑计划表。面对巨大的gap,没有时间给我浪费,而且越到后面优化难度越大。
编译器的性能优化目标都是参考极致手写汇编来确定的通常我们用cycle(机器执行指令频率)数作为衡量性能的指标。Cycle的数量越少,说明耗时越短,性能越优。在那段时间里,我的脑子里面全是cycle,今天优化了多少cycle,我们距离下一个里程碑还有多少cycle,在接下来的日子里需要每天保持优化多少cycle。夜晚别人是数着绵羊入睡,我大概是念叨着cycle入睡……虽然偶尔会有些焦虑,但只要我做到今日cycle今日毕,就是在朝着目标一步步前进!
还记得被cycle支配的漫长异地攻关期,上研食堂的小火锅是我们的最爱,又快又方便。一次在距离里程碑期限快要到了的时候,还有许多cycle没有优化完成。我和另外两个同事嘴里吃着丸子,心里默默念叨着自己的cycle。到最后有个同事越吃越没劲,只想赶快回到工位工作,这时候锅里还剩了好几个丸子。我就拉着他说:“你吃完,别浪费,你吃一个丸子我给你减少100个cycle怎么样?”他扑哧一下笑出声。其实,我也明白兄弟们压力都很大,虽然很艰难,希望大家能有时间放松一下紧绷的弦……
在持续攻关了三个多月后,我们终于看到了曙光。一方面业务侧性能已经基本达到预期,双方已联合摸索出一套适配当前芯片架构的代码写法,另一方面编译器引入和增强了许多的算法,各个模块都已达成了90%手写汇编的既定目标,在一些典型业务上的性能结果逼近汇编。而我心里的大石头终于放下了,我想自己再也不用每天数着cycle过日子了,这场仗,我们打赢了!
项目结束后,我们几个兄弟大快朵颐地吃了顿火锅,还点了不少小丸子,大家聊起攻关岁月,都觉得那场景恍如隔日,却又记忆犹新……
“不能在我这掉链子”
这个项目结束不久后,我就成为了团队的SE。对于普通开发而言,工作偏向于聚焦某一个问题;而作为SE,团队的对外威廉希尔官方网站 发言人,需要花更多的精力去分析项目中的威廉希尔官方网站 风险,并探索新威廉希尔官方网站 ,需要背负整个项目的压力。
由于编译器在第一代核上的性能达到了汇编的90%,在之后一代代的芯片演进过程中,90%的指标自然就成为了业务侧对我们编译器特性的最低要求。然而特性越来越复杂,威廉希尔官方网站 难度更像是一道难以跨越的鸿沟,我们的标准却并没有降低。
记得在某一代矢量核演进过程中引入了一个新特性,该特性是当代芯片架构演进的主要提升点,但是这个特性在业界没有任何先例威廉希尔官方网站 。开会的时候,设计的同事斩钉截铁地说着:“做不到90%,就不能达标”。
当时听到这话的我,瞬间压力巨大。由于该特性的编译器实现没有业界可参考经验,我们就是从零开始,需要完全自研的设计开发。关于这个威廉希尔官方网站 的特点,编译器现有的能力,将来这块能不能做?能做到什么程度?这些都是我要考虑的风险点。我不敢轻易承诺,但有时候我又不得不承诺。
在这种承诺下,我只能自己消化。当务之急就是对这个最大的风险特性做一个能力评估,时间紧迫,平时开发一个新特性都要2-3个月,但那时的我没有时间了。我花了2天时间通读了该特性的所有描述,并理解每一个细节;同时还调研了业务场景,梳理哪些场景我们可以支持,哪些将会是风险,最后在两周内给出commit(确认)。
之后,我又花了几天时间实现了一个demo,进一步证实了我们的基本方案的可行性。基于方案初稿,我们评估可以覆盖80%的业务场景,剩下的20%也可以通过一些定制化扩充来进一步支持。至此,我们可以commit 90%的目标,虽然仍有风险,但已经有了底气。
那段时间,我经常在会后一个人默默复盘,思考着会议上大家提出的问题威廉希尔官方网站 上是否可以通过外部交流帮助;编译器到底需要解决哪些问题,才能风险可控,将来又怎么去弥补。毕竟我要对项目负责,对团队负责。要知道到目前为止,我们团队可是从来没有过“败绩”,我们之前没有一次掉链子的,更不能在我这掉链子,我做出的承诺就要达到。当然最终我们也是顺利达成了目标。
与可信风险说“不”
2018年下半年,公司开始推行软件工程能力提升项目,很多团队都大刀阔斧地进行了可信改革,我们的编译器优选版本定了5年更新一次的计划。
编译器在CT领域进行了近10年的交付,特别是在无线场景,支撑的芯片类型非常多,每种芯片类型编译器支撑的版本也不尽相同,所以整个编译器的“可信”工程是艰巨的,存在可信风险,亟需升级。另一方面我们是自研芯片的编译器,在获得高性能的同时还有很多的业务协同优化,牵一发动全身,一旦编译器发生变更,涉及协同优化部分的代码调整将会是最痛苦的煎熬。此外,自研芯片已经演进了那么多代,升级后每一代都要重新配套。而我们半年后将迎来客户交付时间点,要在那之前完成6款自研编译器的升级,时间上也将是一个巨大的风险。
面临这么多困难当前,我们编译器难道不升级了?
不,作为负责无线领域的编译器SE,我要带领团队与时间赛跑,我们交付的编译器不仅要高性能,还要高可信。我一直认为,作为SE,可信设计其实就是本职工作,并不是今天公司搞可信,我们才扑上去搞,而应该是在平时的设计开发中,就要去考虑的。虽然版本升级时间紧、任务重,但我还是给这次任务增加了额外的难度,既然未来是要继续升级,考虑到后续代码的可维护性,索性这次就直接从系统层面做一个大重构,一步到位!
说实话,这么重要又有难度的挑战,我心里也打鼓,毕竟这不仅是编译器团队的事,还牵扯着协同业务的优化,更重要的是不能影响后续客户的交付节奏和质量,我们不容有失。
半年的时间痛苦又漫长,通过多次攻关联调,经过了很多个重构,我们终于完成了全部的自研芯片编译器版本升级。不仅保障了升级后的各个编译器在业务侧性能没有下降,消除了芯片应用上的可信风险;同时我们在升级过程中,也做了很多的架构解耦工作,包括开源与自研代码解耦,多个芯片之间的接口抽象等,以利于下次升级。给客户、也给我们自己交了一份满意的答卷。如今再回首,我觉得一切都是最值得的,对于可信的风险,我们必须迎难而上!
最后,我想说,我们团队是一支历史悠久的团队,伴随着无线自研芯片一路成长,未来软件优化更显重要,编译器在其中的重要性不言而喻。SE是团队的领航者,不仅要保证当前项目的成功,还要为团队的未来发展找威廉希尔官方网站 方向。高性能、高可信不仅仅只是口号,而是需要我们去持续打造。
来源:华为人
责任编辑:haq
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