Какова основная структура производительности научного кода?

Рассмотрим два компьютера с разными аппаратными и программными конфигурациями. При запуске одного и того же последовательного кода Навье-Стокса на каждой платформе требуется x и y время для выполнения одной итерации для компьютеров 1 и 2 соответственно. В этом случае - это разница во времени итерации между компьютером 1 и компьютером 2. $\Delta = x-y$

Что может повлиять на величину ? Один очевидный кандидат - это процессор, мой главный вопрос: есть ли другие факторы, которые могут влиять на в том же порядке, что и аппаратная разница между процессорами? $\Delta$ $\Delta$

performance iterative-method navier-stokes Изопикнальное колебание
источник

Конечно, ваш

- это всего лишь один образец. Вам также следует выяснить, как

зависит от размера и структуры проблемы. Во-вторых, я бы предложил профилировать код, пытаясь разделить

на сумму разных вкладов и анализируя производительность разных частей кода в отношении конфигураций hw и sw.

Δ

$\Delta$

Δ

$\Delta$

x

$x$

y

$y$

Стефано М

CACHE LINE MISSES . Это первое, что нужно учитывать. Память является узким местом для многих алгоритмов.

Охотник на оленей

Ответы:

Этот список еще далеко не полный, но, надеюсь, его размер даст подсказку о масштабе возможных факторов. Я предполагаю, что вы компилируете код из исходного кода на выбранной вами платформе.

Программного обеспечения

Стандартная производительность библиотеки
Лин. Alg. Производительность библиотеки (если программное обеспечение ссылается на внешние библиотеки)
Выбор компилятора
Оптимизация компилятора
Флаги компилятора
Фоновые процессы (могут значительно отличаться, если ОС разные)

аппаратные средства

ЦПУ

Тактовая частота
Архитектура (одна и та же инструкция может занимать разное количество циклов на разных архитектурах)
Размеры кэша
Латентность кэша
Возможность SIMD (одна инструкция, несколько данных)

объем памяти

Количество каналов
скорость

жесткий диск

Скорость чтения / записи (в основном важна только для записи результатов, поэтому это зависит от того, как часто вы записываете выходные данные в файл для решателя NS, но может быть важно для других программ, выполняющих такие операции, как обработка изображений)

Все это игнорирует маленькие хитрости и особенности, которые предлагают разные производители, чтобы дать своим чипам преимущество на рынке. Но самое большое в том, что многие редкие библиотеки линейной алгебры связаны с памятью. Выполнение умножения разреженной матрицы требует большого количества данных, перемещающихся без большого количества реальных провалов.

Годрик Провидец
источник

Я бы добавил к процессору как количество ядер, так и его возможности SIMD.

Педро

@Pedro Я оставил ядра выключенными, так как вопрос сказал последовательный решатель, но я добавлю SIMD. Спасибо.

Годрик Провидец

@GodricSeer Я скомпилировал на одном компьютере, а затем запустил его. Затем, используя тот же скомпилированный исполняемый файл, я запустил его на второй машине. Из вашего объяснения кажется, что было бы лучше перекомпилировать из источника на втором компьютере. Это тот случай?

Изопикнальное колебание

@IsopycnalOscillation При компиляции на / для конкретной машины вы можете использовать опцию gcc / gfortran -march=nativeили опцию icc / ifort, -xHOSTкоторая будет применять оптимизации, специфичные для базовой архитектуры.

Педро

Ключевым моментом здесь является то, что производительность компьютера не является одномерной величиной. Относительный баланс всех факторов, которые Годрик перечислил выше, может сильно различаться даже для компьютеров с процессорными чипами одного и того же производителя (например, Intel). В результате разные тесты производительности могут показывать очень разные коэффициенты производительности для двух процессоров. На практике большинству современных машин не хватает пропускной способности памяти для поддержки научных вычислительных нагрузок, и это часто является узким местом.

Брайан Борчерс

$x/y$ $x-y$

Во-вторых, ваш вопрос специально исключает различия в программном обеспечении. По моему опыту, выигрыши в производительности за тщательную настройку могут быть значительными факторами, поэтому, рассматривая проблемы с оборудованием, не забывайте о проблемах с программным обеспечением. В конце концов, аппаратное обеспечение может выполнять только те инструкции, которые вы ему даете, и если вы дадите ему меньше, оно закончится раньше.

Не вдаваться в подробности, но для любой конкретной проблемы существует бесконечное количество программ, которые ее решат. Среди них некоторые занимают меньше времени, чем все остальные, и это нижняя граница. Не думайте, что какая-либо программа находится на или даже вблизи этой нижней границы, если она не была тщательно настроена.

Эта ссылка подробно объясняет неортодоксальный метод, который я использую.

Майк Данлавей
источник