Stream测试

Stream介绍

1. Stream是什么？Stream为什么重要？

Stream测试是一个简单的综合基准测试程序，它测量可持续的内存带宽(MB/s)。Stream通过fortran和c两种高级且高效的语言编写完成，由于这两种语言在数学计算方面的高效率， 使得stream测试例程可以充分发挥出内存的能力。Stream对于CPU的计算能力要求很小，对CPU内存带宽压力很大。

1. Stream使用介绍

(1)测试内容介绍：

Stream测试得到的是可持续性运行的内存带宽最大值，主要是使用四种数组运算，数组的复制（Copy）、数组的尺度变换（Scale）、数组的矢量求和（ADD）、数组的复合适量求和（Triad）测试内存带宽性能。数组的值采用双精度。

1. Copy 是复制操作

从内存单元中读取一个数，并复制到其他内存单元中。

两次访问内存操作，1R1W。

2.Scale是乘法操作

从内存单元中读取一个数，与常数相乘，得到的记过存到其他内存单元。

两次访问内存操作，1R1W。

3.Add是加法操作

从两个内存单元中分别读取两个数，将其进行加法操作后，得到的结果写入另一个内存单元中。

3次访问内存操作，2R1W。

 
4.Triad是加法、乘法和复制三种操作的结合

 

从内存中读取一个数，与一个常数相乘得到一个乘积，然后从另一个内存单元中读取一个数与刚才乘积结果相加，得到的结果写入内存。

3次访问内存操作,2R1W。

测试的一般规律是Add>Triad>Copy>Scale。因为一次Add和Triad操作都需要三次访问内存，Copy和Scale操作需要进行两次访问内存，访问内存次数越多越能够掩盖访存延迟，带宽越大。

注意：测试时数组大小要大于最大Cache的四倍

(2)编译参数介绍：

-O3：编译器编译优化级别。

-fopenmp：适应多处理器环境；开启后，程序默认线程为CPU线程数。

-DSTREAM_ARRAY_SIZE：指定计算中a[],b[],c[]数组的大小。

-DNTIMES：指定执行的次数，并且从这些结果中选最优值。

-mcmodel=medium：当单个Memory Array Size 大于2GB时需要设置此参数

-mtune=native -march=native通过确定编译机的处理器类型，来选择编译时要调优的CPU。-march=native使用将在选定指令集的约束下生成适合本地机器的优化代码。-mtune=native使用将启用本地机器支持的所有指令子集。

(3)stream源码下载网址：git clone https://github.com/jeffhammond/STREAM

3.Stream测试

1. 实验平台

处理器：SG2042

L3 Cache:  64MB System Cache

DDR4：32GB 2Rx8 PC4-3200P 4slot

OS：Ubuntu

Kernel：Linux 22.1

GCC： 11.1.0

1. 编译

gcc -O3 -fopenmp -DSTREAM_ARRAY_SIZE=35000000 -DNTIMES=50 stream.c -o stream_o3_64

./ stream_o3_64

执行结果如下：

 

理论带宽为 200MHz*16bit*64bit*4/8=102.4GB/S

测试的最大带宽为 46.3GB/S 约为理论带宽的45%

改变编译器优化级别

 

由上图可以看出64线程中使用gcc -o0编译比gcc -o3编译时性能低，原因是使用gcc -o0编译时write操作要经过cache，因此o0优化的Copy和Scale速度比o3优化的Copy和Scale速度慢大约1/3，o0优化的Add和Triad比o3优化的Add和Triad速度慢大约1/4。

改变数组大小，每次增加500万个数组元素

 

 

改变线程数