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如何在现代x86-64 Intel CPU上实现每个周期4个浮点运算(双精度)的理论峰值性能？

据我所知,SSE 需要三个周期,add而mul大多数现代Intel CPU需要五个周期才能完成(参见例如Agner Fog的"指令表").由于流水线操作,add如果算法具有至少三个独立的求和,则每个周期可以获得一个吞吐量.因为打包addpd和标量addsd版本都是如此,并且SSE寄存器可以包含两个,double每个周期的吞吐量可以高达两个触发器.

此外,似乎(虽然我没有看到任何适当的文档)add并且mul可以并行执行,给出每个周期四个触发器的理论最大吞吐量.

但是,我无法使用简单的C/C++程序复制该性能.我最好的尝试导致大约2.7个翻牌/周期.如果有人可以贡献一个简单的C/C++或汇编程序,它可以表现出非常高兴的峰值性能.

我的尝试:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <sys/time.h>

double stoptime(void) {
   struct timeval t;
   gettimeofday(&t,NULL);
   return (double) t.tv_sec + t.tv_usec/1000000.0;
}

double addmul(double add, double mul, int ops){
   // Need to initialise differently otherwise compiler might optimise away
   double sum1=0.1, sum2=-0.1, sum3=0.2, sum4=-0.2, sum5=0.0;
   double mul1=1.0, mul2= 1.1, mul3=1.2, mul4= 1.3, …

我开发了一个高性能的 Cholesky分解程序,它应该在单个CPU上具有大约10.5 GFLOP的峰值性能(没有超线程).但是当我测试它的性能时,有一些我不明白的现象.在我的实验中,我通过增加矩阵维数N(从250到10000)来测量性能.

• 在我的算法中,我已经应用了缓存(具有调整的阻塞因子),并且在计算期间总是以单位步长访问数据,因此缓存性能是最佳的; 消除了TLB和寻呼问题;
• 我有8GB的可用RAM,实验期间的最大内存占用量低于800MB,因此没有交换;
• 在实验过程中,没有像Web浏览器那样的资源需求过程同时运行.只有一些非常便宜的后台进程正在运行以记录CPU频率以及每2秒CPU温度数据.

对于任何NI测试,我都希望性能(在GFLOP中)应保持在10.5左右.但是,如第一张图所示,在实验中间观察到显着的性能下降.

CPU频率和CPU温度见第2和第3图.实验在400年代结束.实验开始时温度为51度,CPU忙时迅速升至72度.之后,它慢慢增长到78度的最高点.CPU频率基本稳定,温度升高时不下降.

所以,我的问题是:

• 由于CPU频率没有下降,为什么性能会受到影响？
• 温度究竟如何影响CPU性能？从72度到78度的增量真的会让事情变得更糟吗？

CPU信息

System: Ubuntu 14.04 LTS
Laptop model: Lenovo-YOGA-3-Pro-1370
Processor: Intel Core M-5Y71 CPU @ 1.20 GHz * 2

Architecture:          x86_64
CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit
Byte Order:            Little Endian
CPU(s):                4
On-line CPU(s) list:   0,1
Off-line CPU(s) list:  2,3
Thread(s) per core:    1
Core(s) per socket:    2
Socket(s):             1
NUMA node(s):          1
Vendor ID:             GenuineIntel
CPU family:            6
Model:                 61
Stepping:              4
CPU MHz:               1474.484
BogoMIPS:              2799.91
Virtualisation: …

假设我更改了一个单词中的一位并添加了另外两个单词。

更改字中的一位是否比更改整个字消耗更少的 CPU 周期？

如果它消耗更少的 CPU 周期，它会快多少？