2025 年 3 月 4 日，Scott Pakin 提议写一篇关于如何为 Futhark 编译器添加新后端的博客文章，此时后端正在积极修改，这是个不错的想法。本文重点在于介绍添加新后端的核心内容及工作，而非教程式讲解具体内部 API。

架构概述：

• Futhark 编译器是用 Haskell 编写的单体程序，所有 passes 和后端都在同一个可执行文件中，理论上可使用不同语言编写后端，但目前未实现。

• 编译器由前端、中间端和后端三部分组成：

  • 前端负责解析 Futhark 源语言、类型检查并转换为核心中间表示（IR）。
  • 中间端对不同 IR 方言表示的程序进行渐进式细化、转换和优化。
  • 后端将 IR 表示转换为低级表示，如 C 语言，可能通过多个步骤。
• 编译器通过前端生成中间表示，然后通过中间端管道转换为其他表示，最后传递给后端，不同编译模式下中间端和后端行为不同，编译器使用参数化表示来避免代码重复。

后端动作：

• 在 Futhark 编译器中，“后端”称为“动作”，是在中间端管道结果上运行的任意过程，包含动作名称、描述和处理程序。
• 例如futhark c的动作会进行 C 代码生成并执行相关操作，SequentialC.compileProg负责实际的 C 代码生成，动作可以很灵活，甚至可以将最终 IR 转存到磁盘并运行其他程序进行代码生成。
• 要将管道与动作连接并生成可在命令行调用的内容，需要编写main定义，如futhark c的定义，最后将其连接到子命令列表中。

命令式代码生成：

• 实际中 Futhark 的 C 后端和 Python 后端都使用共享基础设施避免重复工作。
• 编译器定义了一个命令式中间表示 Imp，它是一个可扩展语言，有各种方言，语义上类似于简化的 C，不是 SSA 形式，在 Imp 级别不进行优化。
• 从功能 IR 到 Imp 的翻译由 ImpGen 模块完成，该模块高度参数化，用于从任意 IR 方言转换到任意 Imp 方言。
• 获得 Imp 表示后，可将程序转换为 C、Python 或其他语言，为了维护三个 GPU 后端，还使用了 GPU 抽象层。

编写后端的建议：

• 若目标是高级并行语言，使用前端和到SOACS表示的中间端，可生成 fork-join 语言代码。
• 若目标是稍低层次的并行语言，可处理GPU表示的输出，保证无嵌套并行。
• 若目标是新的 GPU 后端，实现gpu.h抽象层，CPU 侧代码生成较简单，但生成 GPU 内核代码仍需大量工作。
• 若生成低级代码，使用包含内存信息的 IR 方言，生成类似 C 的代码使用现有 Imp 生成机制最容易。
• 无论如何，最好向 Futhark 开发者寻求建议和帮助，第三方添加新后端的相关文档尚未完善。