LLVM Fortran 컴파일러 Flang 첫번째 공식 릴리즈

• LLVM은 2020년 LLVM 11에서부터 Fortran 컴파일러 Flang을 포함해 옴
• 초기 실행 파일 이름은 flang이 아닌 flang-new였음
• LLVM 20에서 flang-new를 flang으로 변경하면서 Flang의 성숙함을 인정
• Flang은 수년간의 개발 끝에 공식 Fortran 컴파일러로 자리 잡음

Fortran의 중요성

• Fortran은 1950년대 수식 번역(Formula Translation) 언어로 시작
• 과학 계산에서 널리 사용됨 (기상 모델링, 유체 역학, 계산 화학 등)
• 최근 Fortran 생태계가 다시 활성화됨
  • Fortran 패키지 매니저(fpm), 비공식 표준 라이브러리, LFortran 등 출현
• ARCHER2 슈퍼컴퓨터에서 실행되는 코드의 80% 이상이 Fortran으로 작성됨

새로운 Fortran 컴파일러가 필요한 이유

• 기존 Fortran 컴파일러:
  • 인텔 Fortran 컴파일러, NVIDIA HPC 컴파일러 등
  • 오픈소스 컴파일러: GFortran
• Flang 프로젝트 초기 파트너: 미국 국립 연구소 및 NVIDIA
• 목표:
  • 오픈소스이자 상업적 사용에 적합한 라이선스 제공
  • 활발한 Fortran 컴파일러 개발자 커뮤니티 구축
  • LLVM 기반 도구로 Fortran 개발 지원
  • 새로운 언어 표준 제안을 위한 실험 플랫폼 제공
• 여러 구현이 존재하면 호환성 문제 완화 및 개선 가능

Flang의 타임라인

• 1989년: Portland Group(PGI) 설립
• 2015년: Classic Flang 프로젝트 시작 (NVIDIA, 미국 국립 연구소 주도)
• 2017년: Classic Flang의 첫 릴리스 및 오픈소스 전환
• 2018년: Classic Flang의 프론트엔드를 F18로 재작성 시작
• 2019년: F18이 LLVM 프로젝트에 통합됨
• 2020년: Flang의 새로운 드라이버 flang-new 도입
• 2022년: NVIDIA가 FIR(Fortran IR)을 LLVM에 기여
• 2024년: flang-new가 flang으로 이름 변경
• 2025년: LLVM 20.1에서 flang 실행 파일 포함

Flang의 이름 변경 과정

• Flang의 이름 변경은 여러 차례 논의되었음
• 결정 기준:
  • 주요 기능 및 성능 문제 해결
  • 미완성 언어 기능은 명확한 오류 메시지 출력
  • 다른 Fortran 컴파일러와 성능 비교에서 우수한 결과 필요
  • 광범위한 테스트 스위트를 통한 안정성 확인
• LLVM 공동 창립자 Chris Lattner의 조언:

  "기존 Flang과 새로운 Flang의 이름 충돌 문제 해결 필요"

• 2024년 10월, 커뮤니티 합의 후 flang-new → flang으로 이름 변경 완료

Flang의 컴파일 과정 및 MLIR 도입

MLIR(Multi-Level Intermediate Representation)

• LLVM IR만으로는 고수준 언어 정보 보존 어려움
• MLIR은 고수준 언어의 특성을 보존하고 최적화 가능
• Flang은 FIR(Fortran IR)을 MLIR 기반으로 구축
• FIR은 Fortran의 배열, 타입 등의 정보를 보존

HLFIR(High Level FIR)

• FIR 상위 수준의 표현
• 배열 최적화 및 고급 Fortran 구문 지원

컴파일 단계

1. Fortran 소스 코드
2. MLIR (HLFIR + FIR) 생성
3. FIR 변환
4. LLVM IR 변환
5. 머신 IR → 어셈블리 → 실행 파일

Flang의 OpenMP 지원

• OpenMP는 병렬 프로그래밍을 위한 표준 API
• Flang은 MLIR에 OpenMP 전용 dialect 추가
• OpenMPIRBuilder를 사용해 LLVM IR로 변환
• Flang의 OpenMP 구현은 Clang과 구조적으로 유사

Flang의 드라이버 설계

• flang → 사용자 친화적 드라이버
• flang -fc1 → 개발자 친화적 프론트엔드 드라이버
• Clang의 clangDriver 라이브러리 기반 구현
• 다양한 타겟 및 도구 지원 가능

Flang의 기여 및 반응

• Arm: Flang 기반 HPC 툴체인 개발
• Fujitsu: HPC 테스트 스위트를 통해 Flang 개선 기여
• Linaro: Fujitsu 테스트 스위트를 통한 결함 수정
• SciPy: Flang 도입으로 윈도우 지원 문제 해결
• Barcelona Supercomputing Center: RISC-V 벡터화 및 내부 병렬 모델 지원
• Chris Lattner:

  "Flang은 LLVM 프로젝트가 제공하는 협업 모델의 상징"

• AMD: 차세대 Fortran 컴파일러를 Flang 기반으로 개발 중

Flang 기여 방법

• Flang은 오픈소스 프로젝트로 지속적인 발전 중
• 직접 사용해 보고 피드백 제공 가능
• 코드 기여, 문서 수정 등 다양한 기여 방법 존재
• LLVM의 표준 기여 프로세스를 따름