ifort 和 gfortran 之间令人困惑的性能差异

Question

最近，我在 Stack 上读到了一篇 帖子关于查找完全平方整数的溢出。因为我想玩这个，所以我编写了以下小程序：

PROGRAM PERFECT_SQUARE
IMPLICIT NONE
INTEGER*8 :: N, M, NTOT
LOGICAL :: IS_SQUARE

N=Z'D0B03602181'
WRITE(*,*) IS_SQUARE(N)

NTOT=0
DO N=1,1000000000
  IF (IS_SQUARE(N)) THEN
    NTOT=NTOT+1
  END IF
END DO
WRITE(*,*) NTOT ! should find 31622 squares
END PROGRAM

LOGICAL FUNCTION IS_SQUARE(N)
IMPLICIT NONE
INTEGER*8 :: N, M

! check if negative
IF (N.LT.0) THEN
  IS_SQUARE=.FALSE.
  RETURN
END IF

! check if ending 4 bits belong to (0,1,4,9)
M=IAND(N,15)
IF (.NOT.(M.EQ.0 .OR. M.EQ.1 .OR. M.EQ.4 .OR. M.EQ.9)) THEN
  IS_SQUARE=.FALSE.
  RETURN
END IF

! try to find the nearest integer to sqrt(n)
M=DINT(SQRT(DBLE(N)))
IF (M**2.NE.N) THEN
  IS_SQUARE=.FALSE.
  RETURN
END IF

IS_SQUARE=.TRUE.
RETURN
END FUNCTION

使用 gfortran -O2 编译时，运行时间为 4.437 秒，使用 -O3 时为 2.657 秒。然后我认为使用 ifort -O2 编译可能会更快，因为它可能有更快的 SQRT 函数，但事实证明运行时间现在是 9.026 秒，而使用 >ifort -O3 相同。我尝试使用Valgrind对其进行分析，Intel编译的程序确实使用了更多的指令。

我的问题是为什么？有没有办法找出差异到底来自哪里？

编辑：

• gfortran 版本 4.6.2 和 ifort 版本 12.0.2
• 时间是通过运行 time ./a.out 获得的，是真实/用户时间（sys 始终几乎为 0），
• 这是在 Linux x86_64 上，gfortran和ifort都是64位构建
• ifort内联所有内容，gfortran仅在-O3处，但后者的汇编代码比ifort更简单，ifort使用xmm注册了很多
• 固定的代码行，在循环之前添加了 NTOT=0，应该可以解决其他 gfortran 版本的问题

当复杂的 IF 语句被删除时，gfortran 大约需要 4 倍的时间很长时间（10-11 秒）。这是可以预料的，因为该语句大约会丢弃大约 75% 的数字，从而避免对它们进行 SQRT。另一方面，ifort 仅使用稍微多一点的时间。我的猜测是，当 ifort 尝试优化 IF 语句时，出现了问题。

EDIT2：

我尝试使用 ifort 版本 12.1.2.273 它更快，所以看起来他们修复了这个问题。

Answer 1

您使用什么编译器版本？
有趣的是，它看起来像是从 11.1 到 12.0 的性能回归——例如，对我来说，11.1（ifort -fast square.f90）需要 3.96 秒，而 12.0（相同选项）需要 13.3 秒。
gfortran (4.6.1) (-O3) 仍然更快（3.35s）。
我以前见过这种倒退，尽管没有那么戏剧性。
顺便说一句，将 if 语句替换为

is_square = any(m == [0, 1, 4, 9])
if(.not. is_square) return

使其在 ifort 12.0 中运行速度提高了一倍，但在 gfortran 和 ifort 11.1 中运行速度较慢。

看起来问题的一部分是 12.0 在尝试向量化方面过于激进：

!DEC$ NOVECTOR

在 DO 循环之前添加（不更改代码中的任何其他内容）将运行时间减少到 4.0 秒。

另外，还有一个附带好处：如果您有多核 CPU，请尝试在 ifort 命令行中添加 -parallel :)