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⚡ From Boxes to JIT: How Abstraction Boundaries Enable Progressive Compiler Optimization

📑 論文概要

タイトル: From Boxes to JIT: How Abstraction Boundaries Enable Progressive Compiler Optimization

対象会議: PLDI 2026 / OOPSLA 2025

著者: [TBD]

概要: 箱による境界分離がJITコンパイラの段階的最適化を可能にする新しい設計パターンを提案。Nyashでの実装と性能評価。

🎯 研究の新規性

従来のJIT設計の問題

[Parser] → [AST] → [IR] → [Optimizer] → [CodeGen]
    ↑        ↑       ↑        ↑            ↑
   密結合により変更が全体に波及

箱理論によるJIT設計

[JIT箱] ⟷ [Handle] ⟷ [VM箱]
   ↑         ↑          ↑
独立進化   最小接点   フォールバック

🔬 技術的貢献

1. Progressive Enhancement Pattern

• VMフォールバックからの段階的最適化
• 箱単位での機能追加
• 部分的失敗の局所化

2. Handle Registry Architecture

• u64ハンドルによる疎結合
• スコープベースの生命管理
• GC非依存の設計

3. Box-Based Testing

• 箱単位での独立テスト
• モックハンドルによる分離テスト
• 性能回帰の早期検出

📊 評価計画

ベンチマーク

• Micro: 個別命令の性能
• Macro: 実アプリケーション
• Compile Time: JIT遅延の測定

比較対象

• V8 (JavaScript)
• PyPy (Python)
• GraalVM (多言語)

測定項目

• スループット向上率
• メモリ使用量
• ウォームアップ時間
• フォールバック頻度

📝 論文構成案

1. Introduction
   - JIT複雑性の課題
   - 箱理論の着想

2. Background
   - 既存JIT設計
   - モジュラーコンパイラ

3. Box-Oriented JIT Design
   - アーキテクチャ概要
   - ハンドルレジストリ
   - フォールバック機構

4. Implementation
   - Nyash JITの実装
   - Cranelift統合
   - 最適化パス

5. Evaluation
   - 性能評価
   - 開発効率
   - エラー率分析

6. Case Studies
   - 分岐最適化
   - PHIノード処理
   - HostCall統合

7. Related Work
   - Meta-tracing JIT
   - Partial evaluation
   - Modular compilers

8. Conclusion

🏗️ 実装の詳細

現在の実装状況

• ✅ JitValue ABI（i64/f64/bool/handle）
• ✅ ハンドルレジストリ（u64 ↔ Arc）
• ✅ catch_unwindによる安全なフォールバック
• ✅ 基本的な分岐/PHI実装
• ⏳ HostCall最適化
• ⏳ 型特化パス

コード例

// 箱境界での変換
impl JitAdapter {
    fn vm_to_jit(vm_val: VMValue) -> JitValue {
        match vm_val {
            VMValue::Integer(n) => JitValue::I64(n),
            VMValue::Box(b) => JitValue::Handle(
                registry.register(b)
            ),
            _ => panic!("Unsupported type")
        }
    }
}

🚀 進捗状況

• アーキテクチャ設計
• 基本実装（Phase 10.7）
• 性能最適化
• ベンチマーク実装
• 評価実験
• 論文執筆

📚 参考文献候補

• Würthinger, T., et al. (2017). Practical partial evaluation for high-performance dynamic language runtimes. PLDI
• Bolz, C. F., et al. (2009). Tracing the meta-level: PyPy's tracing JIT compiler. ICOOOLPS
• Lattner, C., & Adve, V. (2004). LLVM: A compilation framework for lifelong program analysis & transformation. CGO