c++ - FMA 性能与朴素计算的比较

Question

我正在尝试比较 FMA 性能(math.h 中的 fma())与浮点计算中的朴素乘法和加法。测试很简单。我将为大迭代次数迭代相同的计算。要进行精确检查，我必须完成两件事。

1. 计算时间不应包含其他计算。
2. 不应针对 FMA 优化简单的乘法和加法
3. 不应优化迭代。即迭代应该完全按照我的预期进行。

为了实现上述目标，我做了以下事情:

1. 函数是内联的，只包含必需的计算。
2. 使用 g++ -O0 选项不优化乘法。 (但是当我查看转储文件时，它似乎为两者生成了几乎相同的代码)
3. 使用了 volatile。

但结果显示几乎没有区别，甚至比简单的乘法和加法更慢 fma()。 这是我预期的结果(即它们在速度方面并没有真正不同)还是我做错了什么？

规范

• Ubuntu 14.04.2
• G++ 4.8.2
• Intel(R) Core(TM) i7-4770(3.4GHz，8MB 三级缓存)

我的代码

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstdlib>
#include <chrono>
using namespace std;
using namespace chrono;

inline double rand_gen() {
    return static_cast<double>(rand()) / RAND_MAX;
}

volatile double a, b, c;
inline void pure_fma_func() {
    fma(a, b, c);
}
inline void non_fma_func() {
    a * b + c;
}


int main() {
    int n = 100000000;

    a = rand_gen();
    b = rand_gen();
    c = rand_gen();

    auto t1 = system_clock::now();
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        non_fma_func();
    }
    auto t2 = system_clock::now();
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        pure_fma_func();
    }
    auto t3 = system_clock::now();

    cout << "non fma" << endl;
    cout << duration_cast<microseconds>(t2 - t1).count() / 1000.0 << "ms" << endl;
    cout << "fma" << endl;
    cout << duration_cast<microseconds>(t3 - t2).count() / 1000.0 << "ms" << endl;
}

Answer 1

是的，你做的事情完全错了。至少有两个东西。但让我们保持简单。

Used g++ -O0 option not to optimize the multiplication

这会使您的整个结果完全无关紧要。有趣的事实:在任何一种情况下，函数调用的成本都可能高于计算的成本。

从根本上说，未启用优化的基准测试结果完全没有意义。您不能只是关闭它们并希望获得最好的结果。它们绝对必须被启用。

其次，FMA 与常规乘加法是一个复杂的情况 - 在延迟与吞吐量等方面，乘加法可能更胜一筹。

简而言之，您的基准测试根本不是基准测试，它只是一堆产生无意义垃圾的随机指令。

如果你想要一个准确的基准，你必须完全准确地再现实际使用环境。包括周边代码、编译器优化和整个流程。