Wie erreicht man 4 FLOPs pro Zyklus auf modernen x86-64-Intel-CPUs?

Wie erreicht man das theoretische Maximum von 4 FLOPs pro Zyklus?

Es ist theoretisch möglich, eine Spitzenleistung von 4 Gleitkommazahlen zu erreichen Operationen (doppelte Genauigkeit) pro Zyklus auf modernen x86-64-Intel-CPUs, indem Sie Folgendes verwenden Techniken:

Optimieren von Code für SSE-Anweisungen

• Verwenden Sie SSE-Anweisungen (Streaming SIMD Extensions), die die parallele Verarbeitung mehrerer Datenelemente ermöglichen.
• Stellen Sie sicher, dass der Code für eine optimale SSE-Leistung richtig ausgerichtet ist.

Schleife Entrollen und Verschachteln

• Entrollen innerer Schleifen, um die Parallelität auf Befehlsebene zu verbessern.
• Verschachteln multipliziert und addiert, um die Pipeline-Fähigkeiten der CPU zu nutzen.

Vorgänge gruppieren in Dreier

• Ordnen Sie Vorgänge in Dreiergruppen an, um sie an die Ausführungseinheiten einiger Intel-CPUs anzupassen. Dies ermöglicht den Wechsel zwischen Add- und Mul-Anweisungen und maximiert so den Durchsatz.

Vermeidung unnötiger Verzögerungen und Abhängigkeiten

• Minimieren Sie Datenabhängigkeiten zwischen Anweisungen, um Verzögerungen zu vermeiden .
• Verwenden Sie Compiler-Optimierungen (-O3 oder höher), um Unnötiges zu identifizieren und zu beseitigen Abhängigkeiten.

Beispielcode

Der folgende Codeausschnitt zeigt, wie man auf Intel Core i5- und Core i7-CPUs nahezu Spitzenleistung erreicht:

#include <emmintrin.h>
#include <omp.h>
#include <iostream>
using namespace std;

typedef unsigned long long uint64;

double test_dp_mac_SSE(double x, double y, uint64 iterations) {
    register __m128d r0, r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, rA, rB, rC, rD, rE, rF;

    // Generate starting data.
    r0 = _mm_set1_pd(x);
    r1 = _mm_set1_pd(y);

    r8 = _mm_set1_pd(-0.0);

    r2 = _mm_xor_pd(r0, r8);
    r3 = _mm_or_pd(r0, r8);
    r4 = _mm_andnot_pd(r8, r0);
    r5 = _mm_mul_pd(r1, _mm_set1_pd(0.37796447300922722721));
    r6 = _mm_mul_pd(r1, _mm_set1_pd(0.24253562503633297352));
    r7 = _mm_mul_pd(r1, _mm_set1_pd(4.1231056256176605498));
    r8 = _mm_add_pd(r0, _mm_set1_pd(0.37796447300922722721));
    r9 = _mm_add_pd(r1, _mm_set1_pd(0.24253562503633297352));
    rA = _mm_sub_pd(r0, _mm_set1_pd(4.1231056256176605498));
    rB = _mm_sub_pd(r1, _mm_set1_pd(4.1231056256176605498));

    rC = _mm_set1_pd(1.4142135623730950488);
    rD = _mm_set1_pd(1.7320508075688772935);
    rE = _mm_set1_pd(0.57735026918962576451);
    rF = _mm_set1_pd(0.70710678118654752440);

    uint64 iMASK = 0x800fffffffffffffull;
    __m128d MASK = _mm_set1_pd(*(double*)&iMASK);
    __m128d vONE = _mm_set1_pd(1.0);

    uint64 c = 0;
    while (c </iostream></omp.h></emmintrin.h>

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