ターボハスケル

概要

• THCは Haskell のための新しいJIT/AOTコンパイラ
• GHC Core をJVM上で実行可能、GraalVM/Truffleを活用
• Template Haskell や Linear Haskell など高度な機能を完全サポート
• Polyglot FFI でPythonやJavaScript等の他言語ライブラリを利用可能
• パフォーマンスや開発進捗、今後の課題についても解説

THC: Turbo Haskell Compiler の概要

• THC はEdward Kmettが開発した Turbo Haskell Compiler、Haskell向けJIT/AOTコンパイラ
• GHC 9.14.1 のすべてのprim-opsを実装、GHC CoreをJVM上でJIT実行
• Cadenza で開発した型付き関数型言語の実行手法を応用、TruffleとGraalVMを利用
• GHC がパース・型検査・デシュガリング・Core最適化を担当、以降をTHCが実行
• Template Haskell や Linear Haskell などの高度な言語機能も完全サポート
• JITとしても、Native Imageによる AOTコンパイル にも対応、実行ファイル生成が可能
• pandoc、 happy、 alex、 GHC自身 もJIT/AOTでコンパイル可能

パッケージ・FFI・他言語連携

• Cabal によるパッケージ解決、複数ライブラリや Backpack にも完全対応
• Polyglot FFI でPython、Ruby、R、JavaScriptのライブラリをHaskellから呼び出し可能
• Data.Text とTruffle string間のFFI変換は、UTF-8エンコード時にゼロコピー
• データフレーム、LLM、D3.jsビジュアライゼーション等の連携も容易
• Quasi-quotation によるインラインの他言語バインディングも実装が容易
• Haskellライブラリ内のC/C++コードは Sulong （JVM上のLLVM）経由で実行
  • ネイティブモードSulongが通常のforeign import経路、マネージドモードも利用可能

評価・並列処理

• Truffle評価用に バイトコードベースJIT と ASTベースJIT の2種類のバックエンドをサポート
• シングルスレッド・マルチスレッド両対応、後者では追加ロックを実装
• GHCバイトコード（BCO）もサポート、GHCi生成コードも実行可能
• throwTo、非同期例外、マスキング等も完全サポート
• Java標準スレッド や Project Loom によるGHCスタイルのグリーンスレッドも提供
  • HECスタイルのランタイムエグゼキュータ でMVar等の軽量同期プリミティブを実現

SIMD・最適化

• SIMDはGHC prim-opsベースで対応、さらに Vector API （jdk.incubator.vector）によるランタイム幅選択も可能
• ループJITコンパイルで効率的なSIMD処理を実現

尾再帰最適化・スタック管理

• ホットな尾再帰呼び出し はループ変換、通常呼び出し時はスタックフレームを定期的に巻き戻し
• 64ビットBloomフィルタで再帰的な尾再帰呼び出しを検出、ヒット時はスローパス例外で継続を接続
• Truffleノードをカスタム実装し、関数間ループ変換を実現
• JVMの関数ボディ制限に達した場合は一時的にスタックフレームをリークし、後で回収
• CHICKEN Scheme のGC戦略を参考に、蓄積したフレームの圧縮も実装

パフォーマンス・メモリ

• Compressed oops （32ビットヒープ参照）でメモリ効率向上、最大ヒープ約32GB（JVM 8バイトアライメント時）
• 開発初期のパフォーマンスはGHC比で概ね10〜20%遅いが、最速で3倍速、最遅で3倍遅い範囲
• カバレッジ拡大時に一部ベンチマークで10倍程度の性能低下発生、継続的に最適化中
• 非尾再帰パスでのスタック成長がGHC同等に抑えられているかは今後の課題

開発状況・参加方法

• GitHub: github.com/ekmett/thc にて公開、ビルド・実行・利用方法のドキュメントあり
• IRC: irc.libera.chat の ##thc チャンネルで開発進行中、誰でも参加可能
• Edward KmettによるRedditでのディスカッションも実施