LLVM Fortran derleyicisi Flang’in ilk resmi sürümü

• LLVM, 2020’de LLVM 11’den itibaren Fortran derleyicisi Flang’i bünyesine katıyordu
• İlk çalıştırılabilir dosyanın adı flang değil, flang-new idi
• LLVM 20’de flang-new, flang olarak değiştirilerek Flang’in olgunlaştığı kabul edildi
• Flang, yıllar süren geliştirme sonunda resmi Fortran derleyicisi olarak konumlandı

Fortran’ın önemi

• Fortran, 1950’lerde Formula Translation dili olarak başladı
• Bilimsel hesaplamada yaygın olarak kullanılıyor (hava durumu modelleme, akışkanlar dinamiği, hesaplamalı kimya vb.)
• Son dönemde Fortran ekosistemi yeniden canlandı
  • Fortran paket yöneticisi (fpm), gayriresmî standart kütüphane, LFortran vb. ortaya çıktı
• ARCHER2 süper bilgisayarında çalışan kodların %80’inden fazlası Fortran ile yazılmış durumda

Neden yeni bir Fortran derleyicisine ihtiyaç var

• Mevcut Fortran derleyicileri:
  • Intel Fortran Compiler, NVIDIA HPC Compiler vb.
  • Açık kaynak derleyici: GFortran
• Flang projesinin ilk ortakları: ABD ulusal araştırma laboratuvarları ve NVIDIA
• Hedefler:
  • Açık kaynak ve ticari kullanıma uygun bir lisans sunmak
  • Aktif bir Fortran derleyici geliştirici topluluğu kurmak
  • LLVM tabanlı araçlarla Fortran geliştirmeyi desteklemek
  • Yeni dil standardı önerileri için deneysel bir platform sağlamak
• Birden fazla uygulamanın varlığı, uyumluluk sorunlarını azaltıp iyileştirme imkânı sağlar

Flang zaman çizelgesi

• 1989: Portland Group (PGI) kuruldu
• 2015: Classic Flang projesi başladı (NVIDIA ve ABD ulusal laboratuvarlarının öncülüğünde)
• 2017: Classic Flang’in ilk sürümü yayımlandı ve açık kaynağa geçti
• 2018: Classic Flang ön ucunun F18 olarak yeniden yazımına başlandı
• 2019: F18, LLVM projesine entegre edildi
• 2020: Flang’in yeni sürücüsü flang-new tanıtıldı
• 2022: NVIDIA, FIR’ı (Fortran IR) LLVM’ye katkı olarak sundu
• 2024: flang-new, flang olarak yeniden adlandırıldı
• 2025: LLVM 20.1’e flang çalıştırılabilir dosyası dahil edildi

Flang’in yeniden adlandırılma süreci

• Flang’in adının değiştirilmesi birkaç kez tartışıldı
• Karar ölçütleri:
  • Temel işlev ve performans sorunlarının çözülmüş olması
  • Tamamlanmamış dil özellikleri için açık hata mesajları verilmesi
  • Diğer Fortran derleyicileriyle performans karşılaştırmalarında iyi sonuçlar alınması
  • Geniş kapsamlı test paketleriyle kararlılığın doğrulanması
• LLVM kurucu ortaklarından Chris Lattner’ın tavsiyesi:
  > "Mevcut Flang ile yeni Flang arasındaki ad çakışması sorununun çözülmesi gerekiyor"
• Ekim 2024’te, topluluk uzlaşısının ardından flang-new → flang olarak yeniden adlandırma tamamlandı

Flang’in derleme süreci ve MLIR’nin kullanıma alınması

MLIR (Multi-Level Intermediate Representation)

• Yalnızca LLVM IR ile üst düzey dil bilgisini korumak zor
• MLIR, üst düzey dillerin özelliklerini koruyup optimize etmeyi mümkün kılar
• Flang, FIR’ı (Fortran IR) MLIR tabanlı olarak inşa ediyor
• FIR, Fortran’ın dizi, tür vb. bilgilerini korur

HLFIR (High Level FIR)

• FIR’ın daha üst düzey bir gösterimi
• Dizi optimizasyonları ve gelişmiş Fortran sözdizimi desteği

Derleme aşamaları

1. Fortran kaynak kodu
2. MLIR (HLFIR + FIR) üretimi
3. FIR dönüşümü
4. LLVM IR dönüşümü
5. Machine IR → assembly → çalıştırılabilir dosya

Flang’in OpenMP desteği

• OpenMP, paralel programlama için standart bir API’dir
• Flang, MLIR’ye OpenMP’ye özel bir dialect ekledi
• OpenMPIRBuilder kullanılarak LLVM IR’ye dönüştürülür
• Flang’in OpenMP uygulaması yapısal olarak Clang’e benzer

Flang’in sürücü tasarımı

• flang → kullanıcı dostu sürücü
• flang -fc1 → geliştirici dostu ön uç sürücüsü
• Clang’in clangDriver kütüphanesi temel alınarak uygulandı
• Çeşitli hedefler ve araçlar desteklenebiliyor

Flang’e katkılar ve tepkiler

• Arm: Flang tabanlı bir HPC araç zinciri geliştiriyor
• Fujitsu: HPC test paketleri aracılığıyla Flang’in iyileştirilmesine katkı sundu
• Linaro: Fujitsu test paketleriyle hataları düzeltti
• SciPy: Flang’in benimsenmesiyle Windows desteği sorunu çözüldü
• Barcelona Supercomputing Center: RISC-V vektörleştirme ve dahili paralel model desteği
• Chris Lattner:
  > "Flang, LLVM projesinin sunduğu iş birliği modelinin bir simgesidir"
• AMD: Yeni nesil Fortran derleyicisini Flang tabanlı olarak geliştiriyor

Flang’e nasıl katkı sağlanır

• Flang, açık kaynak bir proje olarak gelişimini sürdürüyor
• Doğrudan kullanıp geri bildirim vermek mümkün
• Kod katkısı, belge düzeltmeleri gibi çeşitli katkı yolları var
• LLVM’nin standart katkı süreci izleniyor