Primeiro lançamento oficial do compilador Fortran Flang no LLVM

• O LLVM vem incluindo o compilador Fortran Flang desde o LLVM 11, em 2020
• O nome inicial do executável era flang-new, e não flang
• No LLVM 20, flang-new foi renomeado para flang, reconhecendo a maturidade do Flang
• Após anos de desenvolvimento, o Flang se consolidou como o compilador Fortran oficial

A importância do Fortran

• O Fortran surgiu nos anos 1950 como a linguagem Formula Translation
• É amplamente usado em computação científica (modelagem climática, dinâmica dos fluidos, química computacional etc.)
• Recentemente, o ecossistema Fortran voltou a ganhar força
  • Surgiram o gerenciador de pacotes Fortran (fpm), uma biblioteca padrão não oficial, o LFortran e outros
• Mais de 80% do código executado no supercomputador ARCHER2 é escrito em Fortran

Por que um novo compilador Fortran é necessário

• Compiladores Fortran existentes:
  • compilador Fortran da Intel, compiladores NVIDIA HPC etc.
  • compilador open source: GFortran
• Parceiros iniciais do projeto Flang: laboratórios nacionais dos EUA e a NVIDIA
• Objetivos:
  • oferecer uma licença open source adequada também para uso comercial
  • construir uma comunidade ativa de desenvolvedores de compiladores Fortran
  • dar suporte ao desenvolvimento em Fortran com ferramentas baseadas em LLVM
  • fornecer uma plataforma experimental para propostas de novos padrões da linguagem
• A existência de múltiplas implementações ajuda a reduzir problemas de compatibilidade e permite melhorias

Linha do tempo do Flang

• 1989: fundação do Portland Group (PGI)
• 2015: início do projeto Classic Flang (liderado pela NVIDIA e por laboratórios nacionais dos EUA)
• 2017: primeiro lançamento do Classic Flang e transição para open source
• 2018: início da reescrita do frontend do Classic Flang como F18
• 2019: F18 é integrado ao projeto LLVM
• 2020: introdução do novo driver flang-new
• 2022: a NVIDIA contribui com o FIR (Fortran IR) para o LLVM
• 2024: flang-new é renomeado para flang
• 2025: o executável flang passa a ser incluído no LLVM 20.1

O processo de mudança de nome do Flang

• A mudança de nome do Flang foi discutida várias vezes
• Critérios da decisão:
  • resolver os principais problemas de funcionalidade e desempenho
  • exibir mensagens de erro claras para recursos da linguagem ainda incompletos
  • obter bons resultados em comparações de desempenho com outros compiladores Fortran
  • confirmar a estabilidade por meio de uma ampla suíte de testes
• Conselho de Chris Lattner, cofundador do LLVM:
  > "É preciso resolver o problema de conflito de nomes entre o Flang existente e o novo Flang"
• Em outubro de 2024, após consenso da comunidade, a mudança de nome de flang-new para flang foi concluída

O processo de compilação do Flang e a adoção do MLIR

MLIR (Multi-Level Intermediate Representation)

• Só o LLVM IR tem dificuldade para preservar informações de linguagens de alto nível
• O MLIR permite preservar e otimizar características de linguagens de alto nível
• O Flang constrói o FIR (Fortran IR) com base no MLIR
• O FIR preserva informações de arrays, tipos e outros elementos do Fortran

HLFIR (High Level FIR)

• Representação de nível superior sobre o FIR
• Dá suporte à otimização de arrays e a sintaxes avançadas do Fortran

Etapas de compilação

1. Código-fonte Fortran
2. Geração de MLIR (HLFIR + FIR)
3. Transformação de FIR
4. Transformação para LLVM IR
5. Machine IR → assembly → executável

Suporte a OpenMP no Flang

• OpenMP é uma API padrão para programação paralela
• O Flang adiciona um dialect específico de OpenMP ao MLIR
• Usa OpenMPIRBuilder para a conversão para LLVM IR
• A implementação de OpenMP no Flang é estruturalmente semelhante à do Clang

O design do driver do Flang

• flang → driver amigável para o usuário
• flang -fc1 → driver de frontend voltado a desenvolvedores
• Implementado com base na biblioteca clangDriver do Clang
• Permite suporte a diversos targets e ferramentas

Contribuições e repercussão do Flang

• Arm: desenvolvimento de toolchain HPC baseado em Flang
• Fujitsu: contribuição para melhorar o Flang por meio de uma suíte de testes HPC
• Linaro: correção de defeitos usando a suíte de testes da Fujitsu
• SciPy: adoção do Flang para resolver problemas de suporte ao Windows
• Barcelona Supercomputing Center: suporte a vetorização RISC-V e a modelo interno de paralelismo
• Chris Lattner:
  > "O Flang é um símbolo do modelo de colaboração que o projeto LLVM oferece"
• AMD: desenvolvendo o compilador Fortran de próxima geração com base no Flang

Como contribuir com o Flang

• O Flang continua evoluindo como projeto open source
• É possível testá-lo diretamente e enviar feedback
• Há várias formas de contribuição, como código e documentação
• Segue o processo padrão de contribuição do LLVM