exp 函数运行时间比较 ifort 与 gfortran

Question

我写了这段代码：

program exponent
    implicit none

    real(8) :: sum
    integer(8) :: i
    integer :: limit
    real :: start, end

    sum = 0d0
    limit = 10000000
    call CPU_TIME(start)
    do i=1, limit
        sum = sum + exp(i*1.d0/limit)
    end do
    call CPU_TIME(end)
    print *, sum
    print '("Time = ",f6.3," seconds.")',end-start
end program exponent

我在 CentOS Linux 7 上使用 gfortran 10.1.0 和 ifort 19.1.3.304 编译它：

ifort *.f90 -O3 -o intel.out

gfortran *.f90 -O3 -o gnu.out

输出如下：

gnu:

17182819.143730670
Time = 0.248 seconds.

英特尔：

17182819.1437313
Time = 0.051 seconds.

我跑了几次，每次的运行时间都差不多。

为什么 ifort 比 gfortran 快，我怎样才能让 gfortran 像 ifort 一样快？

Answer 1

ifort 速度更快，主要是因为它使用自己的优化数学库，称为 SVML（由英特尔编译器提供）。这个库通常更快，因为它提供了优化的 vectorized 原语，即使没有-ffastmath。此外，英特尔编译器倾向于更好地向量化循环（尤其是像这样的缩减）。

您可以看到on GodBolt 的区别：ifort 版本通过一次处理 2 个数字来向量化循环，而 gfortran 版本使用较慢的标量指数。

请注意，由于 AVX 指令集，使用 -mavx2 有助于 ifort 生成更快的代码。使用 AVX-512 指令（如果在目标机器上可用）可能会更快。 gfortran 可以在 GodBolt 上使用 -march=native 对循环进行矢量化（但奇怪的是，不能使用 -march=skylake 和 -ffast-math）。