The Challenge:

　　對NI LabVIEW軟件自動(dòng)生成的外部代碼進(jìn)行最優(yōu)化，在x86構架下獲得最大性能，進(jìn)而測量目標系統中DLL性能。

　　The Solution:

　　在不修改源代碼的條件下，通過(guò)Intel C++ 編譯器在單核PC上實(shí)現2.5 倍提速，通過(guò)編譯器中的各類(lèi)最優(yōu)化選項在雙核PC 上實(shí)現超過(guò)4.5 倍提速。

　　"VTune能夠監測許多不同種類(lèi)的構架事件。VTune調諧助手能夠給出如何更好使用這些事件的建議。"

　　本應用包括了兩個(gè)組件——用于計算Pi 值的DLL、調用DLL 庫函數的LabVIEW 應用，可將結果顯示在圖形用戶(hù)界面中。

　　為計算Pi 值，我們采用了近似綜合技術(shù)，需要在單個(gè)循環(huán)中完成數百萬(wàn)次浮點(diǎn)計算。選擇該范例是因為它是CPU 密集型的，并且是可優(yōu)化的應用。如下所示為外部代碼的主循環(huán)結構，CPU的主要計算量是處理CalcSum 函數。

　　for（i=0; i<num_steps; i++）
　?。?BR>　　sum = CalcSum（i, sum, step）;
　?。?/P>

　　我們的目標是通過(guò)編譯器中的優(yōu)化選項以最快速度完成上述計算。

　　應用中有4 個(gè)函數，均包含于獨立源文件中。我們采用不同優(yōu)化開(kāi)關(guān)來(lái)編譯每個(gè)源文件。如圖1 所示。

表1.應用中的函數

　　“即插即用”的Intel C++ 編譯器

　　我們采用即插即用的Intel C++ 來(lái)代替Microsoft 編譯器，它可以輕松地集成到現有Microsoft Visual Studio DLL 工程中。更多關(guān)于Intel 編譯器，請訪(fǎng)問(wèn)intel.com/software。

　　默認設置

　　測量首先以/O2選項創(chuàng )建應用，許多優(yōu)化都是在這個(gè)層面上進(jìn)行的。本文在此不討論其細節問(wèn)題。表2顯示了/O2選項集成的各個(gè)優(yōu)化設置。

表2./O2 選項中集成的最優(yōu)化列表

　　自動(dòng)向量化

　　自動(dòng)向量化得益于新一代CPU 中集成的復雜指令集。多數現代CPU構架可擴展支持數據操作及多數據計算。擴展包括支持以單一指令實(shí)現多重計算（單指令多數據流，或稱(chēng)SIMD）。Intel 編譯器能夠分析代碼，并通過(guò)SIMD 指令顯著(zhù)提高代碼的效率。

　　本范例中，編譯器通過(guò)\QT 選項生成適合Core 2 構架的代碼，編譯器報告以下創(chuàng )建時(shí)間信息：

　　注釋?zhuān)貉h(huán)未作向量化處理

　　反匯編生成代碼后可看到編譯器插入了SIMD擴展指令集（SSE）。該指令集的使用直接提升了應用的運行性能，代碼運行速度提高了2倍。

　　這類(lèi)優(yōu)化可應用于目前大多數CPU 上，這里我們在Core 2 處理器上運行，當然您也可以在單核或早期CPU 上應用。

　　自動(dòng)并行化

　　因為采用多核PC，我們會(huì )更感興趣如何通過(guò)\QParallel 選項，讓代碼在兩核上同時(shí)運行，以獲得進(jìn)一步提速。該選項在編譯目標中插入了庫調用。庫調用提供了運行時(shí)所需的控制，使應用中的組件得以并行。

　　在首次運行中，編譯器并未顯著(zhù)提高運行性能。通過(guò)開(kāi)啟編譯器的報告功能，可以看到它并未進(jìn)行優(yōu)化。

　　注釋?zhuān)貉h(huán)未作并行化處理，循環(huán)無(wú)需并行化

　　Intel編譯器要對一段代碼進(jìn)行自動(dòng)并行化時(shí)，首先決定是否有值得進(jìn)行并行化的代碼部分。在我們的代碼中由一個(gè)主循環(huán)完成所有工作。編譯器不能確定循環(huán)的重復次數，循環(huán)計數值只有在運行時(shí)得到。于是編譯器采取謹慎選擇，不對循環(huán)進(jìn)行并行化處理。

　　我們可以通過(guò)在命令行輸入/Qpar-threshold:n 來(lái)進(jìn)行試探優(yōu)化，這里n 是介于0（總是并行處理）到100（不進(jìn)行并行處理）的數，這個(gè)值決定了試探優(yōu)化的程度。

　　輸入/Qpar-threshold:0 后，編譯器對代碼并行化，并輸出報告：

　　注釋?zhuān)貉h(huán)已作自動(dòng)并行化處理

　　使用該優(yōu)化后，程序的運行速度比默認設置下提高了近2 倍。

　　其它優(yōu)化選項

　　本范例中，我們關(guān)注自動(dòng)向量化及自動(dòng)并行化。Intel C++ 編譯器利用一系列其它優(yōu)化技術(shù)，包括高層優(yōu)化、交叉過(guò)程優(yōu)化、配置向導優(yōu)化、速度優(yōu)化、代碼大小優(yōu)化、快速浮點(diǎn)處理等。

　　Intel 編譯器同時(shí)支持OpenMP 這個(gè)基于pragma 的標準，用于實(shí)現應用代碼的并行化。

　　測量性能

　　本范例中我們采用Win32 API 的定時(shí)函數，并將定時(shí)計算嵌入外部代碼。計算時(shí)間在LabVIEW 應用GUI 中顯示。

　　作為備選，我們還可采用LabVIEW的定時(shí)工具，或采用外部工具，如Intel VTune 性能分析器。

　　VTune能夠監測許多不同種類(lèi)的構架事件。VTune調諧助手能夠給出如何更好使用這些事件的建議。

　　結論

　　不同開(kāi)關(guān)的優(yōu)化結果在表3 中列出。我們在雙核PC 上運行，并通過(guò)默認優(yōu)化（/O2）作為基準來(lái)計算提速。

表3.不同優(yōu)化方式下的速度提高

　　在應用自動(dòng)向量化時(shí)可達到2.5倍速，該優(yōu)化專(zhuān)用于非多核處理器，可用于目前多數CPU。

　　在應用自動(dòng)并行化后可實(shí)現接近2 倍的提速。結合兩種優(yōu)化更可達到4.6 倍。

　　以上結果是在不修改源代碼的前提下實(shí)現的。盡管我們選擇了模擬應用（計算Pi值），但這類(lèi)優(yōu)化技術(shù)能夠用于各類(lèi)實(shí)際應用。從Intel編譯器用戶(hù)反饋中了解到，使用這些優(yōu)化方式可顯著(zhù)提高代碼執行速度。