Sparse linear algebra operation library using Brahma.FSharp

Abstract

Графы и алгоритмы их анализа применяются во множестве областей человеческой деятельности, поэтому существует спрос на способы их хранения и высокопроизводительной отработки. Одним из таких способов являются таике абстракции линейной алгебры, как матрицы и векторы. Для алгоритмов анализа графов, основанных на операциях линейной алгебры, существует стандарт, называемый GraphBLAS. Стандарт породил множество реализаций разной строгости, однако большинство таких реализаций сделано на C/C++ в целях высокой производительности. В частности, реализации стандарта, основанные на OpenCL и CUDA, показали большой потенциал использования графических процесоров в данной области. Программы на OpenCL и CUDA устроены таким образом, что большая часть интенсивных вычислений происходит на графическом процессоре, поэтому можно предположить, что реализация на более высокоуровневом языке, также полагающаяся на OpenCL или CUDA, может не уступать в производительности своим аналогам на C/C++. В данной работе описана реализация библиотеки операций разреженной линейной алгебры для алгоритмов анализа графов на языке F# платформы .NET с использованием транслятора из F# в OpenCL под названием Brahma.FSharp.

Graphs and graph analysis algorithms are used in many areas of human activity, so there is a demand for ways to store and process them with high performance. One of these ways is the abstractions of linear algebra such as matrices and vectors. For graph analysis algorithms based on linear algebra operations, there is a standard called GraphBLAS. The standard has spawned many implementations of varying strictness, but most of these implementations are made in C/C++ for high performance purposes. In particular, implementations of the standard based on OpenCL and CUDA have shown great potential for using graphics processors in this area. OpenCL and CUDA programs are designed in such a way that most of the intensive computing takes place on the GPU, so it can be assumed that the implementation in a higher-level language, also relying on OpenCL or CUDA, may not be inferior in performance to its C/C++ counterparts. This paper describes the implementation of a library of sparse linear algebra operations for graph analysis algorithms in the F# language of the .NET platform using a translator from F# to OpenCL called Brahma.FSharp.