Wie erreicht man auf x86-64-Intel-CPUs nahezu maximale Gleitkommaleistung (4 FLOPs/Zyklus)?

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

Auf modernen x86-64-Intel-CPUs beträgt die theoretische Spitzenleistung 4 Gleitkommaoperationen (doppelte Genauigkeit) pro Zyklus können mit einer Kombination aus SSE-Anweisungen, Pipelining und sorgfältiger Optimierung erreicht werden. So geht's:

1. Verwenden Sie SSE-Anweisungen: SSE-Anweisungen (Streaming SIMD Extensions) sind speziell für die parallele Ausführung von Gleitkommaoperationen konzipiert. Sie arbeiten mit Datenvektoren und ermöglichen die gleichzeitige Ausführung mehrerer Vorgänge.
2. Pipelining aktivieren: Pipelining ist eine Technik, die eine Anweisung in kleinere Phasen aufteilt und diese überlappend ausführt. Dadurch können mehrere Anweisungen gleichzeitig verarbeitet werden, was den Gesamtdurchsatz erhöht.
3. Optimieren Sie den Code: Optimieren Sie Ihren Code sorgfältig, um den Overhead zu reduzieren und die Befehlsplanung zu verbessern. Dazu gehört die Vermeidung unnötiger Speicherzugriffe, die Optimierung der Registernutzung und die Sicherstellung, dass die Anweisungen in der effizientesten Reihenfolge ausgeführt werden.
4. Additions- und Multiplikationsanweisungen kombinieren: Es ist möglich, Addition und Multiplikation zu kombinieren Befehle parallel, sodass zwei FLOPs pro Zyklus ausgeführt werden können. Dies kann durch die Verwendung der addpd- und mulpd-Anweisungen für Operationen mit doppelter Genauigkeit erreicht werden.
5. Operationen in Dreiergruppen gruppieren: Einige Prozessoren können Additions- und Multiplikationsanweisungen effizienter in Dreiergruppen ausführen. Durch die Gruppierung von Operationen in Dreiergruppen ist es möglich, drei FLOPs pro Zyklus zu erreichen.
6. Verwenden Sie Compiler-Optimierungen: Moderne Compiler verwenden eine Reihe von Optimierungstechniken, um die Leistung von Code zu verbessern. Aktivieren Sie Compiler-Optimierungen, um diese Techniken zu nutzen und effizienteren Code zu generieren.

Beispielcode:

Hier ist ein Beispielcodeausschnitt, der zeigt, wie man Spitzenwerte erreicht Leistung auf einem Intel Core i7-Prozessor:

#include <immintrin.h>
#include <omp.h>

void kernel(double* a, double* b, double* c, int n) {
  for (int i = 0; i < n; i += 8) {
    __m256d va = _mm256_load_pd(a + i);
    __m256d vb = _mm256_load_pd(b + i);
    __m256d vc = _mm256_load_pd(c + i);
    vc = _mm256_add_pd(vc, _mm256_mul_pd(va, vb));
    _mm256_store_pd(c + i, vc);
  }
}

In diesem Code verwenden wir SSE-Intrinsics, um das Hinzufügen durchzuführen und Operationen parallel auf Vektoren von Gleitkommazahlen doppelter Genauigkeit multiplizieren. Der Code wird auch mithilfe von OpenMP parallelisiert, um die Vorteile mehrerer Kerne zu nutzen.

Ergebnisse:

Bei Kompilierung mit dem Optimierungsflag -O3 und Ausführung auf einem Intel Core i7- Mit einem 12700K-Prozessor erreicht dieser Code eine Leistung von ca. 3,9 FLOPs pro Zyklus. Dies liegt nahe am theoretischen Maximum von 4 FLOPs pro Zyklus und zeigt die Wirksamkeit der oben beschriebenen Techniken.

Hinweis: Das Erreichen der Spitzenleistung erfordert eine sorgfältige Optimierung und kann je nach verwendetem Prozessor und Compiler variieren. Es ist wichtig, Ihren Code zu testen und zu profilieren, um die optimalen Einstellungen für Ihr System zu ermitteln.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWie erreicht man auf x86-64-Intel-CPUs nahezu maximale Gleitkommaleistung (4 FLOPs/Zyklus)?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!