pariohjelmoinnin

Pariohjelmointi (rinnakkaisohjelmointi) on ohjelmoinnin ala, jossa useita laskentatehtäviä suoritetaan samanaikaisesti useilla suoritusyksiköillä. Se pyrkii nopeuttamaan laskentaa ja/tai parantamaan järjestelmän hyödyntämiskykyä. Pariohjelmointi jaetaan data-parallellisuuteen ja tehtävä-parallellisuuteen, ja sitä toteutetaan erilaisissa arkkitehtuureissa kuten moniydinprosessoreissa, grafiikkaprosessoreissa (GPU) sekä hajautetuissa järjestelmissä.

Data-parallellisuus tarkoittaa suurten tietojoukkojen jakamista osiin, joita käsitellään rinnakkain samoilla operaatioilla. Tehtävä-parallellisuus puolestaan rakentuu useista erillisistä tehtävistä, jotka suoritetaan samanaikaisesti. Yleisiä ohjelmointimalleja ovat jaetun muistin ratkaisut, kuten OpenMP ja threading-pohjaiset ratkaisut, sekä viestinvälitysmallit, kuten MPI. GPU-ohjelmointi (CUDA, OpenCL) hyödyntää massiivista rinnakkaisuutta data-parallelliselle työkuormalle.

Keskeisiä haasteita ovat synkronointi ja kilpailevat pääsyoikeudet (race conditions), mahdolliset deadlock-tilanteet sekä muistien yhteiskäyttö ja cache-kohdentuvuus. Tietoturva ja deterministisyys voivat olla tärkeitä erityisesti reaaliaikaisissa sovelluksissa. Kehityksessä käytetään työkaluja kuten lukkoja, atomisia operaatioita ja Barriereja, sekä debugging- ja testausstrategioita, jotka on suunnattu rinnakkaiselle ohjelmoinnille. Käytännössä suorituskykyä arvioidaan sekä teoreettisin malleinein että kokeellisesti.

Sovellusalueita ovat tieteellinen laskenta, simuloinnit, grafiikan renderöinti, koneoppiminen sekä suurten datamäärien käsittely. Pariohjelmointi on olennaista modernin laitteiston optimaalille hyödyntämiselle, erityisesti moniydin- ja heterogeenisissä järjestelmissä. Tulevia suuntia ovat energiatehokkuus, parempi skaalautuvuus ja kehityksen helpottaminen hajautetuissa sekä GPU-pohjaisissa ympäristöissä.