如何解释两个处理器之间巨大的执行速度差异？

Question

我写了一个fortran程序来模拟分子系统。我在一台处理器为

Intel(R) Core(TM) i7-6700 CPU @ 3.40GHz

的台式计算机上开发了它。之后，为了启动大规模模拟，我使用了处理器为

AMD Opteron(tm) Processor 6176 @ 2.3 GHz

的计算刀片。我很惊讶，因为执行时间增加了大约 3 倍。

所以，我决定学习如何使用

perf

，

asm

，...来优化程序。 做了很多事情，我终于写了这个短程序，我还有大约3的因子。

program simple_pgm

    integer :: i, res
    
    res = 0
    do i=1,1000000000
        res = res + i
    enddo
    write(*,*) res

end program simple_pgm

编译命令：

gfortran -g -Wall -O2 simple.f90 -o simple

当我查看

annotate MAIN__

中的

perf report -n

时，汇编代码或多或少是相同的。

在 i7 处理器上：

     │    res = 0
     │    do i=1,1000000000
     │      mov  $0x1,%eax
     │      xchg %ax,%ax
     │    res = res + i
1095 │10:   add  %eax,%edx
     │    do i=1,1000000000
 1   │      add  $0x1,%eax
     │      cmp  $0x3b9aca01,%eax
     │    ↑ jne  10
     │    enddo

在 Opteron 上：

     │    res = 0                                                                                                                                  
     │    do i=1,1000000000                                                                                                                         
     │      mov    $0x1,%eax                                                                                                                        
     │    program simple_pgm                                                                                                                        
     │      sub    $0x220,%rsp                                                                                                                      
     │      nop                                                                                                                                     
     │    res = res + i
1972 │10:   add    %eax,%edx                                          
     │    do i=1,1000000000
1524 │      add    $0x1,%eax                                          
     │      cmp    $0x3b9aca01,%eax                                                                                                                 
     │    ↑ jne    10                                                                                                                               
     │    enddo

我想知道为什么在

sample

列中，对于指令

add    $0x1,%eax

，对于Opteron处理器来说，值非常大（

1524

）。它可以解释大约执行速度的因素吗？

感谢您的回答。由于我正在学习 ASM、处理器和计算机体系结构、性能……（对于初学者来说有很多东西），任何意见、建议将不胜感激。我知道我 可能走错路了。

Answer 1

AMD Opteron 6176 使用 K10 微架构，而 Intel Core i7 6700 使用 Skylake 微架构。 K10 非常旧，显然太旧了，无法在 uops.info 上列出其信息，也无法在代码分析器中使用。

根据 Agner Fogs 微架构信息，K10 似乎每次小循环迭代至少需要 2 个周期。 Skylake 没有这个限制，在这种特殊情况下，每次迭代应该能够达到 1 个周期。

每次迭代 0.25ns（假设 i7 6700 以 4GHz Turbo 运行）几乎（但不完全）是每次迭代 0.63ns 的 3 倍（假设 Operon 以 3.2GHz Turbo 运行，该信息并没有得到很好的支持，也许没有使用最大涡轮频率）。