Programming with Linux on the Playstation3

    FOSDEM 2008olivier.grisel@ensta.org

Architecture overview:  introducing the Cell BE 

Installing Linux SIMD programming in C/C++ Asynchronous data transfer with 

the DMA

  

Who am I Java / Python developer at Nuxeo (FOSS document 

management server) Interested in Artificial Intelligence (and need fast 

Support Vector Machines) Slides to be published at:

http://oliviergrisel.name

  

PS3 architecture overview CPU: IBM Cell/BE @ 3.2GHz 

218 GFLOPS Main RAM: 256MB XDR (64b@3.2GHz)

GPU: Nvidia RSX  1.8 TFLOPS (SP) / 356 GFLOPS programmable  VRAM: 256MB GDDR3 (2x128b@700MHz)

System Bus: 2.5 GB/s

  

The Cell Broadband Engine 1 PPE core @ 3.2GHz

64bit hyperthreaded PowerPC

512KB L2 cache 8 SPE cores @ 3.2GHz

128bit SIMD optimized 256KB SRAM

  

PS3 Clusters Cheap cluster for 

academic researchers Carolina State U. and 

U. Massachusetts at D. 8+1 cluster with ssh and 

MPI

  

PS3 GRID Computing PS3GRID project

based on BOINC 30,000 atoms simulation

Folding@Home 1 PFLOPS with 800 

TFLOPS from PS3s BlueGene == 280 

TFLOPS

  

Linux on the PS3 Lv1 Hypervisor shipped with the default firmware Partition utility in the Sony Game OS menu Choose your favorite distro: 

Install a ­powerpc64­smp or ­ps3 kernel Install gcc­spu + libspe2

  

Programming the Cell/BE in C Program the PPE as a chief conductor to spread the 

numerical code to SPEs Use POSIX threads to start SPE subroutines in 

parallel Use SPE intrinsics to perform vector instructions Eliminate branches as much as possible in SPE code Align your data to 16 bytes

  

Introduction to SIMD programming 128 bits registers (SSE2, Altivec, SPE)

2 x double 4 x float 4 x int

introduce new vector types 1 vector float operation == 4 float operations logical (and, or, cmp, ...), arithmetic (+, *, abs, ...), 

shuffling

  

SIMD programming – the big picture 

  

Not always SIMD­izable

  

SIMD programming with libspe2 and gcc­spu

#include <spu_intrinsics.h> avoid scalar types use:

vector_float4 vector_double2 vector_char16 ...

d = spu_and(a, b); e = spu_madd(a, b, c); spu­gcc  pure_spe_prog.c ­o pure_spe_prog.elf

  

Branch elimination avoid branching (if / else)

c = spu_sel(a, b, spu_cmpgt(a, d));

  

A sample SPE programvolatile union {

vec_float4 vec;float part[4];

} sum;float dot_product(const float* xp, const float* yp, const int size) {

sum.vec = (vec_float4) {0, 0, 0, 0};       vec_float4* xvp = (vec_float4*) xp;       vec_float4* yvp = (vec_float4*) yp; 

vec_float4* xvp_end = xvp + size / 4;while(__builtin_expect(xvp < xvp_end, 1)) {

sum.vec = spu_madd(*xvp, *yvp, sum.vec);xvp++;yvp++;

}return sum.part[0] + sum.part[1] + sum.part[2] + sum.part[3];

}

  

DMA with the SPUs' Memory Flow Controllers

#include <spu_mfcio.h> mfc_get(&local_data, main_mem_data_ea, 

sizeof(local_data), DMA_TAG, 0, 0); mfc_put(&local_data, main_mem_data_ea, 

sizeof(&local_data), DMA_TAG, 0, 0); mfc_getb(&local_data, main_mem_data_ea, 

sizeof(local_data), DMA_TAG, 0, 0); spu_mfcstat(MFC_TAG_UPDATE_ALL);

  

Double­buffering – the problem

  

Double­buffering – the big picture

  

Double­buffering with MFC 1. SPU queues MFC GET to fill buffer #1 2. SPU queues MFC GET to fill buffer #2 3. SPU waits for buffer #1 to finish filling 4. SPU processes buffer #1 5. SPU queues MFC PUT back content of buffer #1 6. SPU queues MFC GETB to refill buffer #1 7. SPU waits for buffer #2 to finish filling 8. SPU processes buffer #2 (...)

  

Some resources Cell BE Programming Tutorial (ibm.com 190 pages) IBM developerworks short programming tutorials

 Search for articles by Jonathan Barlett Barcelona Supercomputing Center (software)

http://www.bsc.es/projects/deepcomputing/linuxoncell/ PS3 programming workshops (videos)

http://www.cc.gatech.edu/~bader/CellProgramming.html #ps3dev on freenode

  

Thanks, credits, licensing Most schemas from excellent GFDL 'd tutorial by 

Geoff Levand (Sony Corp) http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/people/geoff/cell

Pictures and trade marks belong to their respective owners (Sony, IBM, Universities, Folding@Home, PS3GRID, ...)

All remaining work is GFDL

  

7 differences