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スケジューリングarXiv:2512.12091

GraphPerf-RT: ハードウェアを考慮したOpenMPコードのスケジューリングのためのグラフ駆動性能モデル

GraphPerf-RT: A Graph-Driven Performance Model for Hardware-Aware Scheduling of OpenMP Codes

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タスクDAG・コード意味・実行時コンテキストを異種グラフで統合し、不確かさを伴うGNNサロゲートでメイクスパンを高速予測、組込み向けリスク考慮型スケジューリングを実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

本論文は、組込みプラットフォーム上でOpenMPコードをハードウェアを考慮してスケジューリングするための、グラフ駆動型性能モデルGraphPerf-RTを提案する。これは、タスクDAGトポロジ、CFG由来のコード意味、実行時コンテキスト(コアごとのDVFS、熱状態、利用率)を異種グラフに統合し、型付きエッジで先行関係、配置、競合を符号化するグラフニューラルネットワークサロゲートである。ヒューリスティック並みの速度(2-7ms)で深層学習精度を達成し、リスク認識スケジューリングのためのmakespan予測に適用される。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

従来のヒューリスティックはワークロードの不規則性に弱く、表形式回帰器は構造情報を捨て、モデルフリー強化学習(RL)は過熱リスクがある。GraphPerf-RTは、これらに対し、タスクDAGトポロジ、CFG由来コード意味、実行時コンテキストを異種グラフで統合する初の試みであり、深層学習精度をヒューリスティック速度で実現する点が優れている。また、Evidential regressionにより校正された不確実性を提供し、リスク認識スケジューリングを可能にする。

3. 技術・手法の肝は?

技術の肝は、異種グラフ構築とグラフニューラルネットワークサロゲート、およびEvidential regressionの採用である。異種グラフは、タスクDAGトポロジ、CFG由来のコード意味、実行時コンテキスト(per-core DVFS、熱状態、利用率)をノードとして含み、型付きエッジが先行関係、配置、競合を符号化する。Evidential regressionはNormal-Inverse-Gamma事前分布を用いて校正された不確実性を提供する。これにより、makespan予測を高速かつ高精度に行い、リスク認識スケジューリングを支援する。

4. どうやって有効だと検証した?

3つのARMプラットフォーム(Jetson TX2、Orin NX、RUBIK Pi)上で実験を行い、log変換されたmakespan予測でR^2 = 0.81、Spearman rho = 0.95、保守的な不確実性校正(95%信頼度でPICP = 99.9%)を達成した。さらに、4つのRL手法との統合により、GraphPerf-RTをワールドモデルとするマルチエージェントモデルベースRLが、モデルフリーベースラインと比較してmakespanを66%削減、エネルギーを82%削減し、熱違反がゼロであることを示した。

5. 議論はある?

要旨からは、議論や限界についての明示的な記述はない。ただし、提案手法がリスク認識スケジューリングに有効であること、熱違反がゼロであること、エネルギー削減効果が大きいことが示されている。一方で、他のプラットフォームやワークロードへの一般化、計算オーバーヘッド、モデルの解釈性などについては要旨からは不明である。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照/比較されている研究として、古典的ヒューリスティック、表形式回帰器、モデルフリー強化学習(RL)が挙げられる。また、関連手法として、グラフニューラルネットワーク(GNN)、Evidential regression、Normal-Inverse-Gamma事前分布、マルチエージェントモデルベースRL、OpenMP、DVFS、CFGが登場する。次に読むべき論文としては、これらの関連手法の原論文や、同分野の定番であるスケジューリング向けGNNや不確実性推定を用いた性能モデルに関する研究が考えられる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Mohammad Pivezhandi, Mahdi Banisharif, Saeed Bakhshan, Abusayeed Saifullah, Ali Jannesari

分類: cs.LG

原文アブストラクト

Autonomous AI agents on embedded platforms require real-time, risk-aware scheduling under resource and thermal constraints. Classical heuristics struggle with workload irregularity, tabular regressors discard structural information, and model-free reinforcement learning (RL) risks overheating. We introduce GraphPerf-RT, a graph neural network surrogate achieving deep learning accuracy at heuristic speeds (2-7ms). GraphPerf-RT is, to our knowledge, the first to unify task DAG topology, CFG-derived code semantics, and runtime context (per-core DVFS, thermal state, utilization) in a heterogeneous graph with typed edges encoding precedence, placement, and contention. Evidential regression with Normal-Inverse-Gamma priors provides calibrated uncertainty; we validate on makespan prediction for risk-aware scheduling. Experiments on three ARM platforms (Jetson TX2, Orin NX, RUBIK Pi) achieve R^2 = 0.81 on log-transformed makespan with Spearman rho = 0.95 and conservative uncertainty calibration (PICP = 99.9% at 95% confidence). Integration with four RL methods demonstrates that multi-agent model-based RL with GraphPerf-RT as the world model achieves 66% makespan reduction and 82% energy reduction versus model-free baselines, with zero thermal violations.

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