文章摘要
TPDE-LLVM是一种新型的LLVM后端，其编译速度比传统LLVM -O0后端快10到20倍，同时保持相似的运行时性能，但代码体积增加10-30%。该工具支持LLVM-IR的典型子集，并针对x86-64和AArch64架构。这一开源项目为LLVM社区提供了显著的性能提升，特别是在SPEC CPU 2017基准测试中表现优异。
文章总结
TPDE-LLVM：10-20倍加速的LLVM -O0后端
近日，TPDE团队开源了其快速LLVM基线后端（TPDE-LLVM），该后端在编译速度上比LLVM -O0后端快10-20倍，同时保持了相似的运行时性能，代码体积仅增加10-30%。TPDE-LLVM支持LLVM-IR的典型子集，并仅针对x86-64和AArch64架构。团队在LLVM社区论坛上分享了这一成果，并欢迎讨论和反馈。
性能数据
在SPEC CPU 2017基准测试中，TPDE-LLVM在x86-64架构下的编译速度和代码体积表现如下：
| 基准测试 | 编译时间（O0 IR） | 代码体积（O0 IR） | 编译时间（O1 IR） | 代码体积（O1 IR） | | --- | --- | --- | --- | --- | | 600.perl | 11.39x | 1.27x | 15.06x | 0.97x | | 602.gcc | 12.54x | 1.32x | 17.55x | 1.01x | | 605.mcf | 9.72x | 1.27x | 12.47x | 0.92x | | 620.omnetpp | 21.46x | 1.24x | 26.49x | 1.03x | | 623.xalanc | 18.99x | 1.24x | 24.80x | 0.98x | | 625.x264 | 10.52x | 1.26x | 15.19x | 0.97x | | 631.deepsjeng | 9.60x | 1.25x | 17.56x | 0.97x | | 641.leela | 21.44x | 1.24x | 18.36x | 0.95x | | 657.xz | 10.95x | 1.30x | 15.15x | 0.92x | | 几何平均 | 13.34x | 1.27x | 17.58x | 0.97x |
在AArch64架构下，由于GlobalISel的使用，加速效果更为显著。尽管在优化后的IR上，LLVM的优化后端在运行时性能和代码体积上表现更好（约2倍），但TPDE-LLVM并不打算在这一领域竞争。
工作原理
TPDE-LLVM通过三个主要步骤实现加速：首先进行IR清理和准备，然后进行循环和活跃性分析，最后在代码生成阶段结合降低、寄存器分配和机器代码编码。
功能与未来计划
目前，TPDE-LLVM的目标是支持典型的Clang O0/O1 IR，因此仍有许多未支持的功能。未来计划包括支持更多IR特性、DWARF调试信息以及改进寄存器分配策略。如果有足够的需求，团队还计划支持非ELF平台、非小型PIC代码模型以及其他目标架构。
常见问题
- 如何使用TPDE-LLVM？ TPDE-LLVM可作为库使用（如用于JIT编译），也可作为类似
llc的工具，或集成到Clang中（需要打补丁）。 - 为什么不直接加速LLVM？ 团队已经使LLVM 18到20在x86-64上加速了18%，但进一步的加速可能需要更深层次的改动，10倍加速几乎不可能实现。
- 哪些LLVM-IR改动可以进一步加速编译？ 例如，避免在函数内部使用
ConstantExpr，以及限制结构体/数组的大小等。
有趣的事实
- TPDE-LLVM在
Instruction中使用4字节的填充来存储指令编号，因为LLVM没有字段来存储辅助数据。 - 对于有大量前驱的基本块，
PHINode::getIncomingValForBlock会导致编译时间呈二次增长，因此团队对这些块进行了优化处理。 llvm::successors较慢，团队通过缓存后继块来加速处理。
TPDE-LLVM的开源为LLVM社区提供了一个高效的编译后端选择，未来有望在更多场景中得到应用。
评论总结
评论1（评分：无，作者：__d）： - 主要观点：质疑是否需要更新（2020年）。 - 关键引用： - "Needs a (2020)?"（需要更新到2020年吗？）
评论2（评分：无，作者：leoh）： - 主要观点：支持提及的内容，并分享个人使用Gentoo时的编译优化经验。 - 关键引用： - "I'm glad they mentioned this."（我很高兴他们提到了这一点。） - "When I use Gentoo, though, always compile with -O8 for extreme performance."（当我使用Gentoo时，总是用-O8编译以获得极致性能。）
总结：评论1对是否需要更新表示疑问，而评论2则对提及的内容表示支持，并分享了个人在使用Gentoo时的编译优化经验。