中文引用格式： 黃旭東，洪澤，陳振嬌. 稀疏矩陣在C66x上的應(yīng)用及優(yōu)化[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(11)：23-27.
英文引用格式： Huang Xudong，Hong Ze，Chen Zhenjiao. Application and optimization of sparse matrix vector multiplication on C66x[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(11)：23-27.
引言
在機器學(xué)習(xí)和邊緣計算中，由于樣本數(shù)量巨大，大部分?jǐn)?shù)據(jù)集都是轉(zhuǎn)換成稀疏矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。問題求解通常轉(zhuǎn)換成解線性代數(shù)方程組AX=B，其中A大部分是稀疏矩陣，因此SpMV 在求解過程中被重復(fù)調(diào)用，SpMV 的計算效率直接影響了整體求解效率[1]。李億淵實現(xiàn)了SpMV 在申威SW26010處理器上的性能優(yōu)化[2-3]；吳志勇在FPGA上使用并行計算的方式對稀疏矩陣求解進(jìn)行加速[4]；談?wù)啄暝诋悩?gòu)計算平臺上完成了SpMV劃分優(yōu)化算法[5]；上述文獻(xiàn)方法SpMV 多集中于FPGA、CPU和GPU上的實現(xiàn)和優(yōu)化，而在高性能DSP C66x內(nèi)核上的研究還未見報道，因此開展此項工作具有重要意義。
稀疏矩陣具有自身特殊性，矩陣中大部分元素都是0，且0元素分布具有不規(guī)則性。大規(guī)模矩陣計算大部分都是稀疏矩陣計算，且稀疏度都在90%甚至99%以上，因此高效的稀疏矩陣壓縮格式更利于減少稀疏矩陣計算的空間復(fù)雜度[6]。如COO壓縮格式利用行號、列和數(shù)值三元組來表示，壓縮方式簡單但不利于減少空間復(fù)雜度[7]。ELLPACK壓縮格式用兩個和原始矩陣相同行數(shù)的矩陣來存儲數(shù)據(jù)，DIA對角線壓縮法，按對角線方式存儲，列代表對角線，行代表行[8]。這兩種壓縮格式利于實現(xiàn)稀疏矩陣的應(yīng)用迭代法（如共軛梯度法），但是抵抗稀疏矩陣的隨機性較弱。CSR采用整體編碼格式，利用數(shù)值、列號以及行偏移來表示數(shù)據(jù)，比起DIA和ELLPACK格式，通用性更高且靈活。
C66x內(nèi)核采用VLIW構(gòu)架，集成了單精度和雙精度的浮點運算單元，可以實現(xiàn)定點和浮點的操作。C66x 內(nèi)核可同時運行多達(dá)八項浮點乘法運算，加之高達(dá)1.25 GHz的時鐘頻率，單核浮點峰值可以達(dá)到20 GFLOPS[9]。目前C66x已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電力控制，機器視覺，機器人等領(lǐng)域。
本文分析COO、ELLPACK、DIA和CSR壓縮格式的優(yōu)缺點，利用C66x的軟件流水和SIMD實現(xiàn)SpMV_CSR 算法的性能優(yōu)化。通過改變稀疏矩陣的規(guī)模和稠密度計算優(yōu)化后與優(yōu)化前的加速比，比較C66x內(nèi)核SpMV_CSR 優(yōu)化效果[10]。
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作者信息：
黃旭東，洪澤，陳振嬌
（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫214035）
