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私は長期的なシミュレーションを行っており、ODE 系の解法で可能な限り高い精度を達成しようとしています。4 倍 (128 ビット) 精度の計算と 2 倍 (64 ビット) 精度の計算にかかる時間を調べようとしています。私は少しググったところ、それについていくつかの意見を見ました.4倍長くかかると言う人もいれば、60〜70倍かかると言う人もいます.

program QUAD_TEST

implicit none

integer,parameter  ::  dp = selected_int_kind(15)
integer,parameter  ::  qp = selected_int_kind(33)

integer   ::  cstart_dp,cend_dp,cstart_qp,cend_qp,crate
real      ::  time_dp,time_qp
real(dp)  ::  sum_dp,sqrt_dp,pi_dp,mone_dp,zero_dp
real(qp)  ::  sum_qp,sqrt_qp,pi_qp,mone_qp,zero_qp
integer   ::  i

! ==============================================================================

! == TEST 1. ELEMENTARY OPERATIONS ==
sum_dp = 1._dp
sum_qp = 1._qp
call SYSTEM_CLOCK(count_rate=crate)

write(*,*) 'Testing elementary operations...'

call SYSTEM_CLOCK(count=cstart_dp)
do i=1,50000000
  sum_dp = sum_dp - 1._dp
  sum_dp = sum_dp + 1._dp
  sum_dp = sum_dp*2._dp
  sum_dp = sum_dp/2._dp
end do
call SYSTEM_CLOCK(count=cend_dp)
time_dp = real(cend_dp - cstart_dp)/real(crate)
write(*,*) 'DP sum: ',sum_dp
write(*,*) 'DP time: ',time_dp,' seconds'

call SYSTEM_CLOCK(count=cstart_qp)
do i=1,50000000
  sum_qp = sum_qp - 1._qp
  sum_qp = sum_qp + 1._qp
  sum_qp = sum_qp*2._qp
  sum_qp = sum_qp/2._qp
end do
call SYSTEM_CLOCK(count=cend_qp)
time_qp = real(cend_qp - cstart_qp)/real(crate)
write(*,*) 'QP sum: ',sum_qp
write(*,*) 'QP time: ',time_qp,' seconds'
write(*,*)
write(*,*) 'DP is ',time_qp/time_dp,' times faster.'
write(*,*)

! == TEST 2. SQUARE ROOT ==
sqrt_dp = 2._dp
sqrt_qp = 2._qp

write(*,*) 'Testing square root ...'

call SYSTEM_CLOCK(count=cstart_dp)
do i = 1,10000000
   sqrt_dp = sqrt(sqrt_dp)
   sqrt_dp = 2._dp
end do
call SYSTEM_CLOCK(count=cend_dp)
time_dp = real(cend_dp - cstart_dp)/real(crate)
write(*,*) 'DP sqrt: ',sqrt_dp
write(*,*) 'DP time: ',time_dp,' seconds'

call SYSTEM_CLOCK(count=cstart_qp)
do i = 1,10000000
   sqrt_qp = sqrt(sqrt_qp)
   sqrt_qp = 2._qp
end do
call SYSTEM_CLOCK(count=cend_qp)
time_qp = real(cend_qp - cstart_qp)/real(crate)
write(*,*) 'QP sqrt: ',sqrt_qp
write(*,*) 'QP time: ',time_qp,' seconds'
write(*,*)
write(*,*) 'DP is ',time_qp/time_dp,' times faster.'
write(*,*)

! == TEST 3. TRIGONOMETRIC FUNCTIONS ==
pi_dp = acos(-1._dp); mone_dp = 1._dp; zero_dp = 0._dp
pi_qp = acos(-1._qp); mone_qp = 1._qp; zero_qp = 0._qp

write(*,*) 'Testing trigonometric functions ...'

call SYSTEM_CLOCK(count=cstart_dp)
do i = 1,10000000
    mone_dp = cos(pi_dp)
    zero_dp = sin(pi_dp)
end do
call SYSTEM_CLOCK(count=cend_dp)
time_dp = real(cend_dp - cstart_dp)/real(crate)
write(*,*) 'DP cos: ',mone_dp
write(*,*) 'DP sin: ',zero_dp
write(*,*) 'DP time: ',time_dp,' seconds'

call SYSTEM_CLOCK(count=cstart_qp)
do i = 1,10000000
    mone_qp = cos(pi_qp)
    zero_qp = sin(pi_qp)
end do
call SYSTEM_CLOCK(count=cend_qp)
time_qp = real(cend_qp - cstart_qp)/real(crate)
write(*,*) 'QP cos: ',mone_qp
write(*,*) 'QP sin: ',zero_qp
write(*,*) 'QP time: ',time_qp,' seconds'
write(*,*)
write(*,*) 'DP is ',time_qp/time_dp,' times faster.'
write(*,*)

end program QUAD_TEST

gfortran 4.8.4最適化フラグなしでコンパイルした後の典型的な実行の結果:

 Testing elementary operations...
 DP sum:    1.0000000000000000     
 DP time:   0.572000027      seconds
 QP sum:    1.00000000000000000000000000000000000      
 QP time:    4.32299995      seconds

 DP is    7.55769205      times faster.

 Testing square root ...
 DP sqrt:    2.0000000000000000     
 DP time:    5.20000011E-02  seconds
 QP sqrt:    2.00000000000000000000000000000000000      
 QP time:    2.60700011      seconds

 DP is    50.1346169      times faster.

 Testing trigonometric functions ...
 DP cos:   -1.0000000000000000     
 DP sin:    1.2246467991473532E-016
 DP time:    2.79600000      seconds
 QP cos:   -1.00000000000000000000000000000000000      
 QP sin:    8.67181013012378102479704402604335225E-0035
 QP time:    5.90199995      seconds

 DP is    2.11087275      times faster.

ここで何かが起こっているに違いありません。私の推測では、最適化されたアルゴリズムを使用sqrtして計算さgfortranれますが、これはおそらく 4 倍精度の計算には実装されていません。これは と の場合には当てはまらないかもしれませんが、sin基本cos演算は 4 倍精度で 7.6 倍遅くなるのに、三角関数では 2 倍しか遅くならないのはなぜですか? 三角関数に使用されるアルゴリズムが 4 倍精度と倍精度で同じである場合、それらの CPU 時間も 7 倍増加すると予想されます。

64 ビットと比較して、128 ビット精度を使用した場合の科学計算の平均速度はどれくらいですか?

これを Intel i7-4771 @ 3.50GHz で実行しています。

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2 に答える 2

0

変更すると、次のことに注意してください。

sqrt_qp = sqrt(sqrt_qp)
sqrt_qp = 2._qp

sqrt_qp = sqrt(2._qp)

計算が速くなります!

于 2016-12-06T09:20:43.903 に答える