Das Tapenade-Tool zur automatischen Differenzierung

Tapenade ist ein Werkzeug zur automatischen Differenzierung (AD), das, gegebenenfalls ein Fortran- oder C-Code, der eine Funktion berechnet, einen neuen Code erstellt, der die Tangenten- oder adjungierten Ableitungen berechnet. Tapenade legt besonderen Wert auf adjungierte Differenzierung, die Gradienten zu bemerkenswert niedrigen Kosten berechnet. Dieser Artikel beschreibt die Prinzipien von Tapenade, einer Teilmenge der allgemeinen Prinzipien der AD. Wir motivieren und veranschaulichen mit Beispielen das AD-Modell von Tapenade, d.h. die Struktur der differenzierten Codes und die Strategien, die verwendet werden, um sie effizienter zu machen. Neben dieser informellen Beschreibung spezifizieren wir dieses Modell formal mittels Datenflussgleichungen und Regeln der operationellen Semantik, wodurch es zur Referenzspezifikation der Tangenten- und adjungierten Modi von Tapenade wird. Ein Nutzen, den wir von dieser formalen Spezifikation erwarten, ist die Möglichkeit, das AD-Modell selbst formal zu studieren, insbesondere für den adjungierten Modus und seine ausgeklügelten Strategien. Dieser Artikel beschreibt auch die architektonischen Entscheidungen bei der Implementierung von Tapenade. Wir beschreiben die aktuelle Leistung von Tapenade an einer Reihe von Codes, die industrielle Anwendungen umfassen. Wir stellen die Erweiterungen des Werkzeugs vor, die in absehbarer Zukunft geplant sind und aus unserer laufenden Forschung zur AD hervorgehen.