Sebuah backend compiler baru bernama TPDE-LLVM telah dirilis sebagai open source, menjanjikan peningkatan dramatis dalam waktu kompilasi sambil mempertahankan performa runtime yang serupa dengan backend -O0 standar LLVM . Proyek ini mengatasi salah satu keluhan paling persisten dalam pengembangan perangkat lunak modern: waktu kompilasi yang lambat yang merugikan produktivitas developer.
Peningkatan Kecepatan Kompilasi yang Revolusioner
TPDE-LLVM menghadirkan kecepatan kompilasi yang 10-20 kali lebih cepat dibanding backend -O0 LLVM di berbagai benchmark dari suite SPEC CPU 2017 . Hasil paling mengesankan menunjukkan peningkatan kecepatan lebih dari 26x untuk beban kerja tertentu seperti omnetpp dan xalanc . Ini merupakan terobosan signifikan dalam teknologi kompilasi, karena pendekatan tradisional untuk mempercepat LLVM telah menghasilkan peningkatan yang jauh lebih kecil.
Backend ini mencapai hasil tersebut melalui pendekatan tiga-pass yang efisien: pembersihan dan persiapan IR , analisis untuk loop dan variable liveness, serta pass code generation gabungan yang menangani lowering, register allocation, dan machine code encoding secara bersamaan. Desain ini menghilangkan banyak overhead yang ada dalam arsitektur compiler tradisional.
IR (Intermediate Representation): Bahasa pemrograman tingkat rendah yang digunakan secara internal oleh compiler Register allocation: Proses penugasan variabel program ke register prosesor
Hasil Benchmark SPEC CPU 2017 (x86-64)
| Benchmark | Peningkatan Kecepatan Kompilasi (-O0 IR) | Rasio Ukuran Kode (-O0 IR) |
|---|---|---|
| 600.perl | 11.39x | 1.27x |
| 602.gcc | 12.54x | 1.32x |
| 605.mcf | 9.72x | 1.27x |
| 620.omnetpp | 21.46x | 1.24x |
| 623.xalanc | 18.99x | 1.24x |
| 625.x264 | 10.52x | 1.26x |
| 631.deepsjeng | 9.60x | 1.25x |
| 641.leela | 21.44x | 1.24x |
| 657.xz | 10.95x | 1.30x |
| Rata-rata Geometris | 13.34x | 1.27x |
Respons Komunitas dan Potensi Adopsi
Komunitas compiler telah menunjukkan minat yang signifikan terhadap pendekatan TPDE-LLVM , dengan beberapa developer menyatakan kejutan atas kurangnya adopsi luas dari teknik-teknik ini. Teknologi ini tampaknya menawarkan keunggulan yang jelas dibanding solusi yang ada seperti Cranelift dan WebAssembly backends, yang menimbulkan pertanyaan mengapa proyek compiler mainstream belum bergegas mengintegrasikan metode serupa.
Satu area yang menarik perhatian khusus adalah kompilasi WebAssembly , di mana developer sedang mempertimbangkan TPDE-LLVM sebagai pengganti potensial untuk solusi kompilasi cepat yang ada. Kemampuan backend untuk bekerja sebagai library membuatnya cocok untuk skenario just-in-time compilation, membuka kemungkinan baru untuk runtime code generation.
Keterbatasan Saat Ini dan Pengembangan Masa Depan
TPDE-LLVM saat ini hanya mendukung arsitektur x86-64 dan AArch64 serta mengimplementasikan subset dari fitur intermediate representation LLVM . Para developer mengakui bahwa meskipun backend bekerja dengan baik pada kode C dan C++ tipikal yang dihasilkan oleh Clang , ia memiliki keterbatasan dengan fitur bahasa yang lebih eksotis dan beberapa kode Rust yang menggunakan tipe vektor non-standar.
Roadmap proyek ini mencakup penambahan dukungan debugging melalui implementasi format DWARF dan peningkatan register allocation melampaui pendekatan spill everything saat ini. Platform tambahan dan model kode mungkin akan ditambahkan jika ada permintaan komunitas yang memadai.
Keterbatasan Saat Ini dan Fitur yang Belum Didukung
- Dukungan bahasa: Bekerja dengan baik pada kode Clang C/C++ yang umum, dukungan Flang parsial, kompatibilitas Rust terbatas
- Fitur yang hilang: Banyak fitur LLVM-IR belum diimplementasikan
- Operasi vektor: Tipe vektor ilegal tidak didukung (mempengaruhi beberapa crate Rust )
- Alokasi register: Saat ini menggunakan pendekatan "spill everything"
- Debugging: Dukungan DWARF dalam tahap prototipe
- Keterbatasan platform: ELF saja, model kode small-PIC saja
Tantangan Teknis dan Peningkatan LLVM
Proses pengembangan mengungkap beberapa bottleneck performa dalam infrastruktur LLVM yang mempengaruhi kecepatan kompilasi. Masalah seperti iterasi successor yang lambat untuk switch statement dan operasi waktu kuadrat untuk blok dengan banyak predecessor memerlukan solusi kreatif. Menariknya, sekitar 90% waktu kompilasi dalam tool mereka dihabiskan untuk parsing bitcode daripada code generation yang sebenarnya.
Tim TPDE-LLVM juga telah berkontribusi untuk membuat LLVM standar lebih cepat, mencapai peningkatan kecepatan 18% pada versi terbaru. Namun, mereka percaya bahwa mencapai peningkatan dramatis yang ditunjukkan oleh pendekatan mereka akan memerlukan perubahan fundamental pada arsitektur LLVM yang melampaui optimisasi inkremental.
Referensi: TPDE-LLVM: 10-20x Faster LLVM -00 Back-End