私は前にこの正確なタスクを実行しました。しかし、それは主に消費電力とCPU温度を測定することでした。次のコード（かなり長い）は、私のCorei72600Kでほぼ最適になります。
ここで注意すべき重要な点は、大量の手動ループ展開と、乗算および加算のインターリーブです...
プロジェクト全体は私のGitHubで見つけることができます：https ：//github.com/Mysticial/Flops
警告：
これをコンパイルして実行する場合は、CPUの温度に注意してください!!!
過熱しないように注意してください。また、CPUスロットリングが結果に影響を与えないことを確認してください。
さらに、私はこのコードを実行することによって生じる可能性のあるいかなる損害についても責任を負いません。
ノート：
- このコードはx64用に最適化されています。x86には、これを適切にコンパイルするための十分なレジスタがありません。
- このコードは、VisualStudio2010/2012およびGCC4.6で正常に機能することがテストされています。
ICC 11（Intelコンパイラ11）は、驚くべきことに、うまくコンパイルするのに問題があります。
- これらは、FMA以前のプロセッサ用です。IntelHaswellおよびAMDBuldozerプロセッサ（およびそれ以降）でピークFLOPSを達成するには、FMA（Fused Multiply Add）命令が必要になります。これらは、このベンチマークの範囲を超えています。
#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 < iterations){
size_t i = 0;
while (i < 1000){
// Here's the meat - the part that really matters.
r0 = _mm_mul_pd(r0,rC);
r1 = _mm_add_pd(r1,rD);
r2 = _mm_mul_pd(r2,rE);
r3 = _mm_sub_pd(r3,rF);
r4 = _mm_mul_pd(r4,rC);
r5 = _mm_add_pd(r5,rD);
r6 = _mm_mul_pd(r6,rE);
r7 = _mm_sub_pd(r7,rF);
r8 = _mm_mul_pd(r8,rC);
r9 = _mm_add_pd(r9,rD);
rA = _mm_mul_pd(rA,rE);
rB = _mm_sub_pd(rB,rF);
r0 = _mm_add_pd(r0,rF);
r1 = _mm_mul_pd(r1,rE);
r2 = _mm_sub_pd(r2,rD);
r3 = _mm_mul_pd(r3,rC);
r4 = _mm_add_pd(r4,rF);
r5 = _mm_mul_pd(r5,rE);
r6 = _mm_sub_pd(r6,rD);
r7 = _mm_mul_pd(r7,rC);
r8 = _mm_add_pd(r8,rF);
r9 = _mm_mul_pd(r9,rE);
rA = _mm_sub_pd(rA,rD);
rB = _mm_mul_pd(rB,rC);
r0 = _mm_mul_pd(r0,rC);
r1 = _mm_add_pd(r1,rD);
r2 = _mm_mul_pd(r2,rE);
r3 = _mm_sub_pd(r3,rF);
r4 = _mm_mul_pd(r4,rC);
r5 = _mm_add_pd(r5,rD);
r6 = _mm_mul_pd(r6,rE);
r7 = _mm_sub_pd(r7,rF);
r8 = _mm_mul_pd(r8,rC);
r9 = _mm_add_pd(r9,rD);
rA = _mm_mul_pd(rA,rE);
rB = _mm_sub_pd(rB,rF);
r0 = _mm_add_pd(r0,rF);
r1 = _mm_mul_pd(r1,rE);
r2 = _mm_sub_pd(r2,rD);
r3 = _mm_mul_pd(r3,rC);
r4 = _mm_add_pd(r4,rF);
r5 = _mm_mul_pd(r5,rE);
r6 = _mm_sub_pd(r6,rD);
r7 = _mm_mul_pd(r7,rC);
r8 = _mm_add_pd(r8,rF);
r9 = _mm_mul_pd(r9,rE);
rA = _mm_sub_pd(rA,rD);
rB = _mm_mul_pd(rB,rC);
i++;
}
// Need to renormalize to prevent denormal/overflow.
r0 = _mm_and_pd(r0,MASK);
r1 = _mm_and_pd(r1,MASK);
r2 = _mm_and_pd(r2,MASK);
r3 = _mm_and_pd(r3,MASK);
r4 = _mm_and_pd(r4,MASK);
r5 = _mm_and_pd(r5,MASK);
r6 = _mm_and_pd(r6,MASK);
r7 = _mm_and_pd(r7,MASK);
r8 = _mm_and_pd(r8,MASK);
r9 = _mm_and_pd(r9,MASK);
rA = _mm_and_pd(rA,MASK);
rB = _mm_and_pd(rB,MASK);
r0 = _mm_or_pd(r0,vONE);
r1 = _mm_or_pd(r1,vONE);
r2 = _mm_or_pd(r2,vONE);
r3 = _mm_or_pd(r3,vONE);
r4 = _mm_or_pd(r4,vONE);
r5 = _mm_or_pd(r5,vONE);
r6 = _mm_or_pd(r6,vONE);
r7 = _mm_or_pd(r7,vONE);
r8 = _mm_or_pd(r8,vONE);
r9 = _mm_or_pd(r9,vONE);
rA = _mm_or_pd(rA,vONE);
rB = _mm_or_pd(rB,vONE);
c++;
}
r0 = _mm_add_pd(r0,r1);
r2 = _mm_add_pd(r2,r3);
r4 = _mm_add_pd(r4,r5);
r6 = _mm_add_pd(r6,r7);
r8 = _mm_add_pd(r8,r9);
rA = _mm_add_pd(rA,rB);
r0 = _mm_add_pd(r0,r2);
r4 = _mm_add_pd(r4,r6);
r8 = _mm_add_pd(r8,rA);
r0 = _mm_add_pd(r0,r4);
r0 = _mm_add_pd(r0,r8);
// Prevent Dead Code Elimination
double out = 0;
__m128d temp = r0;
out += ((double*)&temp)[0];
out += ((double*)&temp)[1];
return out;
}
void test_dp_mac_SSE(int tds,uint64 iterations){
double *sum = (double*)malloc(tds * sizeof(double));
double start = omp_get_wtime();
#pragma omp parallel num_threads(tds)
{
double ret = test_dp_mac_SSE(1.1,2.1,iterations);
sum[omp_get_thread_num()] = ret;
}
double secs = omp_get_wtime() - start;
uint64 ops = 48 * 1000 * iterations * tds * 2;
cout << "Seconds = " << secs << endl;
cout << "FP Ops = " << ops << endl;
cout << "FLOPs = " << ops / secs << endl;
double out = 0;
int c = 0;
while (c < tds){
out += sum[c++];
}
cout << "sum = " << out << endl;
cout << endl;
free(sum);
}
int main(){
// (threads, iterations)
test_dp_mac_SSE(8,10000000);
system("pause");
}
出力（1スレッド、10000000回の反復）-Visual Studio 2010 SP1でコンパイル-x64リリース：
Seconds = 55.5104
FP Ops = 960000000000
FLOPs = 1.7294e+010
sum = 2.22652
マシンはCorei72600K @4.4GHzです。理論上のSSEピークは4フロップス*4.4GHz = 17.6GFlopsです。このコードは17.3GFlopsを達成します-悪くはありません。
出力（8スレッド、10000000回の反復）-Visual Studio 2010 SP1でコンパイル-x64リリース：
Seconds = 117.202
FP Ops = 7680000000000
FLOPs = 6.55279e+010
sum = 17.8122
理論上のSSEピークは、4フロップス*4コア*4.4 GHz = 70.4GFlopsです。実際は65.5GFlopsです。
これをさらに一歩進めましょう。AVX..。
#include <immintrin.h>
#include <omp.h>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef unsigned long long uint64;
double test_dp_mac_AVX(double x,double y,uint64 iterations){
register __m256d r0,r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7,r8,r9,rA,rB,rC,rD,rE,rF;
// Generate starting data.
r0 = _mm256_set1_pd(x);
r1 = _mm256_set1_pd(y);
r8 = _mm256_set1_pd(-0.0);
r2 = _mm256_xor_pd(r0,r8);
r3 = _mm256_or_pd(r0,r8);
r4 = _mm256_andnot_pd(r8,r0);
r5 = _mm256_mul_pd(r1,_mm256_set1_pd(0.37796447300922722721));
r6 = _mm256_mul_pd(r1,_mm256_set1_pd(0.24253562503633297352));
r7 = _mm256_mul_pd(r1,_mm256_set1_pd(4.1231056256176605498));
r8 = _mm256_add_pd(r0,_mm256_set1_pd(0.37796447300922722721));
r9 = _mm256_add_pd(r1,_mm256_set1_pd(0.24253562503633297352));
rA = _mm256_sub_pd(r0,_mm256_set1_pd(4.1231056256176605498));
rB = _mm256_sub_pd(r1,_mm256_set1_pd(4.1231056256176605498));
rC = _mm256_set1_pd(1.4142135623730950488);
rD = _mm256_set1_pd(1.7320508075688772935);
rE = _mm256_set1_pd(0.57735026918962576451);
rF = _mm256_set1_pd(0.70710678118654752440);
uint64 iMASK = 0x800fffffffffffffull;
__m256d MASK = _mm256_set1_pd(*(double*)&iMASK);
__m256d vONE = _mm256_set1_pd(1.0);
uint64 c = 0;
while (c < iterations){
size_t i = 0;
while (i < 1000){
// Here's the meat - the part that really matters.
r0 = _mm256_mul_pd(r0,rC);
r1 = _mm256_add_pd(r1,rD);
r2 = _mm256_mul_pd(r2,rE);
r3 = _mm256_sub_pd(r3,rF);
r4 = _mm256_mul_pd(r4,rC);
r5 = _mm256_add_pd(r5,rD);
r6 = _mm256_mul_pd(r6,rE);
r7 = _mm256_sub_pd(r7,rF);
r8 = _mm256_mul_pd(r8,rC);
r9 = _mm256_add_pd(r9,rD);
rA = _mm256_mul_pd(rA,rE);
rB = _mm256_sub_pd(rB,rF);
r0 = _mm256_add_pd(r0,rF);
r1 = _mm256_mul_pd(r1,rE);
r2 = _mm256_sub_pd(r2,rD);
r3 = _mm256_mul_pd(r3,rC);
r4 = _mm256_add_pd(r4,rF);
r5 = _mm256_mul_pd(r5,rE);
r6 = _mm256_sub_pd(r6,rD);
r7 = _mm256_mul_pd(r7,rC);
r8 = _mm256_add_pd(r8,rF);
r9 = _mm256_mul_pd(r9,rE);
rA = _mm256_sub_pd(rA,rD);
rB = _mm256_mul_pd(rB,rC);
r0 = _mm256_mul_pd(r0,rC);
r1 = _mm256_add_pd(r1,rD);
r2 = _mm256_mul_pd(r2,rE);
r3 = _mm256_sub_pd(r3,rF);
r4 = _mm256_mul_pd(r4,rC);
r5 = _mm256_add_pd(r5,rD);
r6 = _mm256_mul_pd(r6,rE);
r7 = _mm256_sub_pd(r7,rF);
r8 = _mm256_mul_pd(r8,rC);
r9 = _mm256_add_pd(r9,rD);
rA = _mm256_mul_pd(rA,rE);
rB = _mm256_sub_pd(rB,rF);
r0 = _mm256_add_pd(r0,rF);
r1 = _mm256_mul_pd(r1,rE);
r2 = _mm256_sub_pd(r2,rD);
r3 = _mm256_mul_pd(r3,rC);
r4 = _mm256_add_pd(r4,rF);
r5 = _mm256_mul_pd(r5,rE);
r6 = _mm256_sub_pd(r6,rD);
r7 = _mm256_mul_pd(r7,rC);
r8 = _mm256_add_pd(r8,rF);
r9 = _mm256_mul_pd(r9,rE);
rA = _mm256_sub_pd(rA,rD);
rB = _mm256_mul_pd(rB,rC);
i++;
}
// Need to renormalize to prevent denormal/overflow.
r0 = _mm256_and_pd(r0,MASK);
r1 = _mm256_and_pd(r1,MASK);
r2 = _mm256_and_pd(r2,MASK);
r3 = _mm256_and_pd(r3,MASK);
r4 = _mm256_and_pd(r4,MASK);
r5 = _mm256_and_pd(r5,MASK);
r6 = _mm256_and_pd(r6,MASK);
r7 = _mm256_and_pd(r7,MASK);
r8 = _mm256_and_pd(r8,MASK);
r9 = _mm256_and_pd(r9,MASK);
rA = _mm256_and_pd(rA,MASK);
rB = _mm256_and_pd(rB,MASK);
r0 = _mm256_or_pd(r0,vONE);
r1 = _mm256_or_pd(r1,vONE);
r2 = _mm256_or_pd(r2,vONE);
r3 = _mm256_or_pd(r3,vONE);
r4 = _mm256_or_pd(r4,vONE);
r5 = _mm256_or_pd(r5,vONE);
r6 = _mm256_or_pd(r6,vONE);
r7 = _mm256_or_pd(r7,vONE);
r8 = _mm256_or_pd(r8,vONE);
r9 = _mm256_or_pd(r9,vONE);
rA = _mm256_or_pd(rA,vONE);
rB = _mm256_or_pd(rB,vONE);
c++;
}
r0 = _mm256_add_pd(r0,r1);
r2 = _mm256_add_pd(r2,r3);
r4 = _mm256_add_pd(r4,r5);
r6 = _mm256_add_pd(r6,r7);
r8 = _mm256_add_pd(r8,r9);
rA = _mm256_add_pd(rA,rB);
r0 = _mm256_add_pd(r0,r2);
r4 = _mm256_add_pd(r4,r6);
r8 = _mm256_add_pd(r8,rA);
r0 = _mm256_add_pd(r0,r4);
r0 = _mm256_add_pd(r0,r8);
// Prevent Dead Code Elimination
double out = 0;
__m256d temp = r0;
out += ((double*)&temp)[0];
out += ((double*)&temp)[1];
out += ((double*)&temp)[2];
out += ((double*)&temp)[3];
return out;
}
void test_dp_mac_AVX(int tds,uint64 iterations){
double *sum = (double*)malloc(tds * sizeof(double));
double start = omp_get_wtime();
#pragma omp parallel num_threads(tds)
{
double ret = test_dp_mac_AVX(1.1,2.1,iterations);
sum[omp_get_thread_num()] = ret;
}
double secs = omp_get_wtime() - start;
uint64 ops = 48 * 1000 * iterations * tds * 4;
cout << "Seconds = " << secs << endl;
cout << "FP Ops = " << ops << endl;
cout << "FLOPs = " << ops / secs << endl;
double out = 0;
int c = 0;
while (c < tds){
out += sum[c++];
}
cout << "sum = " << out << endl;
cout << endl;
free(sum);
}
int main(){
// (threads, iterations)
test_dp_mac_AVX(8,10000000);
system("pause");
}
出力（1スレッド、10000000回の反復）-Visual Studio 2010 SP1でコンパイル-x64リリース：
Seconds = 57.4679
FP Ops = 1920000000000
FLOPs = 3.34099e+010
sum = 4.45305
理論上のAVXピークは8フロップス*4.4GHz = 35.2GFlopsです。実際は33.4GFlopsです。
出力（8スレッド、10000000回の反復）-Visual Studio 2010 SP1でコンパイル-x64リリース：
Seconds = 111.119
FP Ops = 15360000000000
FLOPs = 1.3823e+011
sum = 35.6244
理論上のAVXピークは、8フロップス*4コア*4.4 GHz = 140.8GFlopsです。実際は138.2GFlopsです。
さて、いくつかの説明のために：
パフォーマンスが重要な部分は、明らかに内部ループ内の48個の命令です。それぞれ12個の命令からなる4つのブロックに分割されていることに気付くでしょう。これらの12個の命令ブロックはそれぞれ完全に独立しており、実行には平均6サイクルかかります。
したがって、発行から使用までの間に12の命令と6つのサイクルがあります。乗算のレイテンシーは5サイクルなので、レイテンシーのストールを回避するのに十分です。
データがオーバーフロー/アンダーフローしないようにするには、正規化手順が必要です。これが必要なのは、何もしないコードがデータの大きさをゆっくりと増減させるためです。
したがって、すべてゼロを使用して正規化ステップを削除すれば、実際にはこれよりもうまくいく可能性があります。ただし、消費電力と温度を測定するベンチマークを作成したので、フロップがゼロではなく「実際の」データ上にあることを確認する必要がありました。実行ユニットは、消費電力の少ないゼロに対して特別なケース処理を行う可能性が非常に高いためです。発熱が少なくなります。
より多くの結果：
- Intel Core i7 920 @ 3.5 GHz
- Windows 7 Ultimate x64
- Visual Studio2010SP1-x64リリース
スレッド：1
Seconds = 72.1116
FP Ops = 960000000000
FLOPs = 1.33127e+010
sum = 2.22652
理論上のSSEピーク：4フロップス* 3.5 GHz = 14.0GFlops。実際は13.3GFlopsです。
スレッド：8
Seconds = 149.576
FP Ops = 7680000000000
FLOPs = 5.13452e+010
sum = 17.8122
理論上のSSEピーク：4フロップ*4コア*3.5 GHz = 56.0GFlops。実際は51.3GFlopsです。
私のプロセッサの温度は、マルチスレッド実行で76Cに達しました！これらを実行する場合は、結果がCPUスロットリングの影響を受けないことを確認してください。
- 2 x Intel Xeon X5482 Harpertown @ 3.2 GHz
- Ubuntu Linux 10 x64
- GCC 4.5.2 x64-（-O2 -msse3 -fopenmp）
スレッド：1
Seconds = 78.3357
FP Ops = 960000000000
FLOPs = 1.22549e+10
sum = 2.22652
理論上のSSEピーク：4フロップス* 3.2 GHz = 12.8GFlops。実際は12.3GFlopsです。
スレッド：8
Seconds = 78.4733
FP Ops = 7680000000000
FLOPs = 9.78676e+10
sum = 17.8122
理論上のSSEピーク：4フロップ*8コア*3.2 GHz = 102.4GFlops。実際は97.9GFlopsです。