二級(jí)C++：怎樣提高調(diào)用數(shù)學(xué)函數(shù)的程序的性能

　　MASS 高性能庫(kù)

　　MASS 指的是數(shù)學(xué)加速子系統(tǒng)(Mathematical Acceleration Subsystem)。它由數(shù)學(xué)函數(shù)組成，這些數(shù)學(xué)函數(shù)是為在各種 IBM 計(jì)算平臺(tái)上優(yōu)化性能所設(shè)定的。MASS 最初是由 IBM 公司在 1995 年啟動(dòng)的，并在隨后的發(fā)展中繼續(xù)得到改善，一直到現(xiàn)如今仍然在改進(jìn)。

　　現(xiàn)在所有的 IBM® POWER™ 處理器都有相應(yīng)的各種版本的 MASS，運(yùn)行 AIX® 或者 Linux® 操作系統(tǒng)。還有其他版本的 IBM System BlueGene®/L 和 IBM System BlueGene®/P 超級(jí)電腦，以及 IBM Cell Broadband Engine™ (Cell/B.E.™)方案。庫(kù)包含有元素函數(shù)的加速實(shí)施方案，例如三角函數(shù)以及雙曲線函數(shù)以及它們的倒數(shù)、乘方、對(duì)數(shù)、指數(shù)、錯(cuò)誤函數(shù)以及其他函數(shù)。包含函數(shù)的完整列表可以在 IBM Mathematical Acceleration Subsystem 頁(yè)面中找到。

　　有標(biāo)量的庫(kù)也有向量的庫(kù)，而對(duì)于 Cell/B.E. 和 POWER7 來(lái)說(shuō)，還有單個(gè)指示的多個(gè)數(shù)據(jù)(SIMD)庫(kù)。注意精確性與例外情況的處理在 MASS 函數(shù)與系統(tǒng)庫(kù)函數(shù)中可能是不一樣的。對(duì)于目標(biāo)硬件的其他匯編器(例如 gcc)的用戶來(lái)說(shuō)，MASS 庫(kù)與 IBM XL C/C++ 還有 XL Fortran 匯編器封裝到一起，并且可以通過 MASS Web 網(wǎng)站來(lái)獲得。

　　可以通過 C、 C++ 或者 Fortran 源程序來(lái)訪問庫(kù)。IBM XL C/C++ 與 IBM XL Fortran 匯編器可以識(shí)別機(jī)會(huì)以使用 MASS 來(lái)加速源程序，并自動(dòng)激活它而不用更改源程序。本文向您介紹了怎樣實(shí)施一項(xiàng)技術(shù)幫助您的公司更好地使用這些強(qiáng)大的技術(shù)。

　　什么程序可以獲益?

　　任何包含有對(duì)數(shù)學(xué)庫(kù)函數(shù)(例如 exp、 log、sin、cos 等等)調(diào)用的 C、C++ 或者 Fortran 程序，潛在意義上都會(huì)從本文中所描述的技術(shù)中受益。

　　什么是自動(dòng)化向量?

　　自動(dòng)化向量技術(shù)是一種過程，在這個(gè)過程中 IBM XL C/C++ 或者 Fortran 匯編器會(huì)識(shí)別一個(gè)機(jī)會(huì)，去改善匯編過程中程序的性能，方法就是將對(duì)一次循環(huán)中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)(C/C++ 庫(kù)或者 Fortran 本質(zhì))的訪問替換為對(duì)相應(yīng) MASS 向量函數(shù)的訪問。因?yàn)?MASS 向量函數(shù)要比對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)的重復(fù)訪問快很多(倍數(shù)接近 30 倍)，所以最后得到的性能改善效果將會(huì)是驚人的。

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就是為多個(gè)論斷計(jì)算特定函數(shù)的循環(huán)，例如接下來(lái)的 Fortran 程序。

　　subroutine　sub　(y,　x,　n)

　　real*8　y(*),　x(*)

　　integer　n,　i

　　intrinsic　exp

　　do　i=1,n

　　y(i)　=　exp(x(i))　!　standard　intrinsic

　　end　do

　　end　subroutine

　　有了適當(dāng)?shù)膮R編器選項(xiàng)，匯編器就會(huì)意識(shí)到機(jī)會(huì)去給程序加速，方法就是將對(duì) exp() 的重復(fù)訪問替換為相應(yīng)的 MASS 向量函數(shù) vexp()，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一個(gè)程序，好像最開始是這樣寫成的這樣：

　　include　'massv.include'

　　subroutine　sub　(y,　x,　n)

　　real*8　y(*),　x(*)

　　integer　n

　　call　vexp　(y,　x,　n)　!　MASS　vector　function

　　end　subroutine

　　這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的范例，演示了自動(dòng)向量化背后的基本思想。XL 匯編器實(shí)際上能夠識(shí)別更加復(fù)雜的機(jī)會(huì)，并在需要的條件下重新安排源程序中的指南，以創(chuàng)建自動(dòng)向量化的機(jī)會(huì)。

　　在本文中的范例研究部分中，會(huì)檢查一個(gè)更加復(fù)雜和實(shí)際的范例。