Primer lanzamiento oficial de Flang, el compilador Fortran de LLVM

• LLVM ha incluido el compilador Fortran Flang desde LLVM 11 en 2020
• Al principio, el nombre del ejecutable no era flang, sino flang-new
• En LLVM 20, flang-new cambió a flang, reconociendo la madurez de Flang
• Tras años de desarrollo, Flang se consolidó como el compilador oficial de Fortran

La importancia de Fortran

• Fortran comenzó en la década de 1950 como el lenguaje de traducción de fórmulas (Formula Translation)
• Se usa ampliamente en cómputo científico (modelado meteorológico, dinámica de fluidos, química computacional, etc.)
• Recientemente, el ecosistema de Fortran se ha reactivado
  • Han aparecido el administrador de paquetes de Fortran (fpm), la biblioteca estándar no oficial, LFortran y otros
• Más del 80% del código que se ejecuta en la supercomputadora ARCHER2 está escrito en Fortran

Por qué se necesita un nuevo compilador Fortran

• Compiladores Fortran existentes:
  • compilador Fortran de Intel, compilador NVIDIA HPC, etc.
  • compilador de código abierto: GFortran
• Socios iniciales del proyecto Flang: laboratorios nacionales de EE. UU. y NVIDIA
• Objetivos:
  • ofrecer una licencia de código abierto y apta para uso comercial
  • construir una comunidad activa de desarrolladores de compiladores Fortran
  • apoyar el desarrollo en Fortran con herramientas basadas en LLVM
  • ofrecer una plataforma experimental para proponer nuevos estándares del lenguaje
• Tener varias implementaciones permite reducir problemas de compatibilidad y mejorar el ecosistema

Línea de tiempo de Flang

• 1989: se funda Portland Group (PGI)
• 2015: comienza el proyecto Classic Flang (liderado por NVIDIA y laboratorios nacionales de EE. UU.)
• 2017: primer lanzamiento de Classic Flang y transición a código abierto
• 2018: comienza la reescritura del frontend de Classic Flang como F18
• 2019: F18 se integra al proyecto LLVM
• 2020: se introduce el nuevo driver flang-new de Flang
• 2022: NVIDIA aporta FIR (Fortran IR) a LLVM
• 2024: flang-new cambia de nombre a flang
• 2025: LLVM 20.1 incluye el ejecutable flang

El proceso de cambio de nombre de Flang

• El cambio de nombre de Flang se discutió en varias ocasiones
• Criterios para la decisión:
  • resolver problemas importantes de funcionalidad y rendimiento
  • que las funciones del lenguaje aún no terminadas mostraran mensajes de error claros
  • obtener buenos resultados en comparaciones de rendimiento con otros compiladores Fortran
  • confirmar la estabilidad mediante una amplia suite de pruebas
• Consejo de Chris Lattner, cofundador de LLVM:
  > "Es necesario resolver el conflicto de nombres entre el Flang existente y el nuevo Flang"
• En octubre de 2024, tras el consenso de la comunidad, se completó el cambio de nombre de flang-new a flang

Proceso de compilación de Flang y adopción de MLIR

MLIR (Multi-Level Intermediate Representation)

• Solo con LLVM IR es difícil preservar la información de alto nivel del lenguaje
• MLIR permite conservar y optimizar las características de lenguajes de alto nivel
• Flang construye FIR (Fortran IR) sobre MLIR
• FIR preserva información de Fortran como arreglos y tipos

HLFIR (High Level FIR)

• Una representación de nivel superior sobre FIR
• Soporta optimización de arreglos y sintaxis avanzada de Fortran

Etapas de compilación

1. Código fuente Fortran
2. Generación de MLIR (HLFIR + FIR)
3. Transformación de FIR
4. Transformación a LLVM IR
5. Machine IR → ensamblador → ejecutable

Soporte de OpenMP en Flang

• OpenMP es una API estándar para programación paralela
• Flang añade a MLIR un dialect dedicado a OpenMP
• Usa OpenMPIRBuilder para convertir a LLVM IR
• La implementación de OpenMP en Flang es estructuralmente similar a la de Clang

Diseño del driver de Flang

• flang → driver amigable para usuarios
• flang -fc1 → driver frontend amigable para desarrolladores
• Implementado sobre la biblioteca clangDriver de Clang
• Puede dar soporte a diversos targets y herramientas

Contribuciones y recepción de Flang

• Arm: desarrolla una toolchain HPC basada en Flang
• Fujitsu: contribuyó a mejorar Flang mediante una suite de pruebas HPC
• Linaro: corrigió defectos usando la suite de pruebas de Fujitsu
• SciPy: la adopción de Flang resolvió problemas de soporte en Windows
• Barcelona Supercomputing Center: soporte para vectorización RISC-V y modelo de paralelismo interno
• Chris Lattner:
  > "Flang simboliza el modelo de colaboración que ofrece el proyecto LLVM"
• AMD: está desarrollando un compilador Fortran de próxima generación basado en Flang

Cómo contribuir a Flang

• Flang sigue evolucionando de forma continua como proyecto de código abierto
• Es posible probarlo directamente y enviar retroalimentación
• Hay varias formas de contribuir, como aportar código o corregir documentación
• Sigue el proceso estándar de contribución de LLVM