CPU的性能測(cè)試與分析

第25卷第6期2006年6月國(guó)外電孑測(cè)量技術(shù)ForeignElectronicMeasurementTechnologyVol.25,No.6Jun.,2006SPECCPU2000性能測(cè)弒程序分析及其應(yīng)用廖秋林，莫瑋“陳大為“(1.桂林電孑工業(yè)學(xué)院桂林541004;2.中國(guó)電孑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所北京100007)摘要:SPECCPU2000是由標(biāo)準(zhǔn)性能評(píng)價(jià)組織(SPEC)開(kāi)發(fā)的用于評(píng)測(cè)通用型CPU性能的基準(zhǔn)程序測(cè)弒組，是目前CPU性能評(píng)測(cè)的客觀和可信的基準(zhǔn)程序之一。通位研究CPU2000基準(zhǔn)程序的組成，及其在具體硬件平臺(tái)上的安裝和測(cè)弒過(guò)程，最后分析指出CPU2000基準(zhǔn)程序的特點(diǎn)和不足之處。關(guān)鍵詞:CPU性能評(píng)測(cè)基準(zhǔn)程序SPECCPU2000AnalysisandapplicationofSPECCPU2000performancetestprogramLiaoQiulin'MoWei'ChenDawei2(1.GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004;2.ChinaElectronicStandardizationInstitute,Beijing100007）Abstract:SPECCPU2000benchmarksarefundamentalprogramtestsetsdevelopedbySPECtoevaluateperformanceofgeneralCPU.ItisoneofthemostobjectiveandtrustworthyinevaluationofCPUperformance.ThispapergivesabriefintroductionofCPU2000anditsinstallationandhowtorunit.Atlast,thecharacteristicsandthedisadvantageofCPU2000areanalyzed.Keywords:CPUperformanceevaluation,benchmark,SPECCPU2000.0引言SPECCPU2000是SPEC（標(biāo)準(zhǔn)性能評(píng)測(cè)組織）開(kāi)發(fā)的專門用于評(píng)價(jià)CPU（中央處理器）性能的一套基準(zhǔn)程序，主要應(yīng)用于對(duì)桌面型和服務(wù)器型CPU的性能評(píng)價(jià)，其目的是比較不同類型CPU的整點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算性能。SPEC是由計(jì)算機(jī)業(yè)界幾十個(gè)芯片廠商、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廠商、研究團(tuán)體等構(gòu)成的非營(yíng)利組織，其開(kāi)發(fā)的$?丘。CPU2000在CPU的性能評(píng)價(jià)領(lǐng)域具有很大的權(quán)威性。對(duì)于CPU性能的評(píng)價(jià)，SPEC組織先后發(fā)布了SPEC92,SPEC95和SPEC2000三個(gè)版本，其中SPEC92和SPEC95已經(jīng)過(guò)時(shí)，目前使用的是$?丘。CPU2000,最新版本為v1.3版。相比以前的版本，SPECCPU2000中加人了新的測(cè)弒基準(zhǔn)程序，增加了程序的工作量和運(yùn)行時(shí)間，卻且更易于使用。1SPECCPU2000的組成SPEC200。是在SPEC95基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，同以前版本一樣，它也由兩套基準(zhǔn)程序組成，分別測(cè)弒CPU的整點(diǎn)運(yùn)算性能和浮點(diǎn)運(yùn)算性能。卻且針對(duì)單處理器和多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，CPU2000采用不同的度量方法也的測(cè)弒以保證公正性和合理性。單處理器系統(tǒng)主要測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)算速度指標(biāo)，即單位工作量需要多少時(shí)間來(lái)完成;而多處理器系統(tǒng)則主要測(cè)量系統(tǒng)的吞吐量，即系統(tǒng)在給定時(shí)間內(nèi)能完成多少工作量。因此，對(duì)于測(cè)弒結(jié)果，CPU2000能給出4個(gè)測(cè)弒結(jié)果指標(biāo)：SPECint2000，即單CPU計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行以整數(shù)運(yùn)算為主應(yīng)用獲件的性能指標(biāo)；SPECfp2000，單CPU計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行以浮點(diǎn)運(yùn)算為主應(yīng)用獲件的性能指標(biāo)；SPECint-rate2000，多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行基金項(xiàng)目：本課題來(lái)源于國(guó)家863項(xiàng)目，課題編號(hào)：2003AAIZ1360作者簡(jiǎn)介：廖秋林，男，現(xiàn)就讀于桂林電孑工業(yè)學(xué)院電孑工程系，主要研究方向:集成電路測(cè)弒理論與技術(shù)。66國(guó)夕外電孑測(cè)量技術(shù)第25卷以整數(shù)運(yùn)算為主應(yīng)用獲件的性能指標(biāo)；SPECfp-rate2000,多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行以浮點(diǎn)運(yùn)算為主應(yīng)用獲件的性能指標(biāo)。CPU200。整點(diǎn)性能基準(zhǔn)程序包括表1所示的12個(gè)程序：表1CPU2000整點(diǎn)基準(zhǔn)程序基準(zhǔn)程序源程序描述164.gzipC數(shù)據(jù)壓縮vprCFPGA電路分布和路由gccCC語(yǔ)言編譯器181.mcfC組合優(yōu)化craftyC棋類游戲197.parserC自然語(yǔ)言處理eonC十+計(jì)算可視化perlbmkCPerl語(yǔ)言gapC群論解釋器vortexC面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)256.bzip2C數(shù)據(jù)壓縮300.twolfC布局和路由仿真CPU2000浮點(diǎn)性能基準(zhǔn)程序包括表2所示的14個(gè)程序：表2CPU2000浮點(diǎn)基準(zhǔn)程序基準(zhǔn)程序源程序描述168.wupwiseF77量孑色彩動(dòng)力學(xué)swimF77淺水模型mgridF77多網(wǎng)格方法求解3D位勢(shì)場(chǎng)appluF77拋物/橢圓偏微方程mesaC3D圖形庫(kù)galgelF90流體動(dòng)力學(xué)artC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬、自適應(yīng)推理183.equakeC有限元模擬、地震模型facerecF90計(jì)算機(jī)視覺(jué)，識(shí)別人像ammpC計(jì)算化學(xué)189.lucasF90數(shù)論、質(zhì)數(shù)測(cè)弒191.fma3dF77有限元碰撞模擬200.sixtrackF77離孑加速器模擬301.apsiF77求解大氣溫度、風(fēng)向、速度和污染物分布問(wèn)題2用CPU2000近的CPU性能測(cè)弒2.1系統(tǒng)要求在用CPU2000對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也的測(cè)弒之前，測(cè)弒系統(tǒng)應(yīng)該滿足一些基本要求，如能夠運(yùn)行UNIX,Linux或WindowsNT以上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，至少256MB內(nèi)存，2GB的磁盤自由空間，以及C,C++和Fortran90編譯器。本次測(cè)弒用的硬件基本配置是:IntelPentium42.2GHz,256MDDR266內(nèi)存、20G硬盤，操作系統(tǒng)為WindowsXPSP2，編譯器為VC.net和Inte1的Fortran編譯器。2.2安裝和運(yùn)行SPECCPU2000測(cè)弒基準(zhǔn)程序已經(jīng)在Unix和WindowsNT系統(tǒng)上近的過(guò)測(cè)弒，可以在修意一種系統(tǒng)上從光盤上安裝。通過(guò)運(yùn)的光盤上install安裝腳本，然后按照屏幕提示設(shè)置好安裝路徑，安裝腳本會(huì)自動(dòng)檢查操作系統(tǒng)類型和硬件平臺(tái)，安裝非常方便。CPU2000基準(zhǔn)主要由基準(zhǔn)程序源文件、腳本管理程序、配置文件以及測(cè)弒結(jié)果文件組成。管理程序中最重要的是runspec腳本管理程序，通過(guò)它用戶可以編譯、運(yùn)的和維護(hù)基準(zhǔn)程序。典型的山門$?巳。用法是：runspec—cdefault.cfg-reportableall其中default.cfg為配置文件，reportable參數(shù)使CPU2000產(chǎn)生有效的測(cè)弒結(jié)果報(bào)表，all則是運(yùn)的所有的整點(diǎn)和浮點(diǎn)基準(zhǔn)程序。2.3配置文件配置文件中包含了許多信息，比較重要的是編譯基準(zhǔn)程序的指令，例如編譯基準(zhǔn)程序所要用到的編譯器，編譯優(yōu)化選項(xiàng)等。其中比較重要的是。。指令，由它指明C程序所用的編譯器，而FC指令則指明Fortran程序的編譯器，設(shè)置如下：CC=clFC=ifort其中。1和ifort分別是VC和Fortran程序的編譯程序。配置文件中還包含運(yùn)行基準(zhǔn)程序的指令，例如運(yùn)的基本測(cè)弒還是峰值測(cè)弒等，以及對(duì)被測(cè)系統(tǒng)獲硬件配置的描述，包括被測(cè)系統(tǒng)的硬件和獲件配置，系統(tǒng)廠商等。3測(cè)弒報(bào)表生成為了能夠復(fù)現(xiàn)測(cè)弒結(jié)果，SPEC要求公布完整的測(cè)弒結(jié)果清單，包括各個(gè)基準(zhǔn)程序的測(cè)弒結(jié)果和配置文件的詳細(xì)內(nèi)容。一般而言，完整的測(cè)弒結(jié)果包括:SPEC工具產(chǎn)生的測(cè)弒報(bào)表，測(cè)弒配置文件和2006年第6期廖秋林等:SPECCPU2000性能測(cè)弒程序分析及其應(yīng)用所有建立可執(zhí)行文件所需的附加文件，以及完整的編譯選項(xiàng)的定義。SPECCPU2000能自動(dòng)生成多種格式的測(cè)弒結(jié)果報(bào)表，包括pdf,html,ps和純文本格式。本次測(cè)弒的浮點(diǎn)和整點(diǎn)性能測(cè)弒結(jié)果如表3和表4所示，其綜合得分為569和643分，是各項(xiàng)基準(zhǔn)程序得分的幾何平均值，計(jì)算公式是：SPECint/fp=GEOMEAN(reftime/runtime100)表3浮點(diǎn)性能測(cè)弒得分Benc壇arkReferenceTimeBase丑untumBaseRatio168.wupwise1600167960swin3100601516mgrid1800338533applu2100351599mesa1400285491galgel2900442657art2600730356183.equake1300165786facerec1900246771amtnp2200531414lucas2000251798191.fma3d2100383548200.sixtrack1100279395301.apsi2600550473表4整點(diǎn)性能測(cè)弒得分Benc壇narkReferenceTimeBaseRuntime價(jià)seRatio164.gzip1400208672vpr1400300467gcc1100153719181.gcc1800394457186.crafty1000139719197.parser1800278647eon1300178732perlbmk1800217829gap1100165665vortex1900209910bzip21500279537300.twolf30005655314SPECCPU2000的特點(diǎn)與不足通過(guò)安裝運(yùn)的SPECCPU2000基準(zhǔn)程序組，以及對(duì)各個(gè)小基準(zhǔn)程序的分析，可以歸納出以下特點(diǎn)與不足:4：1把真實(shí)算法程序作為測(cè)弒基準(zhǔn)理想情況下的測(cè)弒基準(zhǔn)應(yīng)該是用戶自己的應(yīng)用程序，但由于系統(tǒng)環(huán)境的差異，要求用戶自己的程序能夠運(yùn)行于多種系統(tǒng)，是很困難的。SPECCPU2000中的基準(zhǔn)程序都是從實(shí)際應(yīng)用程序中提取出來(lái)的，是基準(zhǔn)程序和用戶自己的應(yīng)用程序的折中。SPEC通過(guò)對(duì)用戶提交的應(yīng)用程序作適當(dāng)?shù)男薷闹?，把它作為CPU2000的基準(zhǔn)程序，這樣既做到了真實(shí)性，又做到了通用性。4.2提供源代碼同其它基準(zhǔn)程序不同，CPU2000的基準(zhǔn)程序是以源代碼的形式提供的，用戶需要自己準(zhǔn)備編譯器，因而編譯器的性能和編譯選項(xiàng)的選擇會(huì)對(duì)測(cè)弒結(jié)果產(chǎn)生影響。因而SPEC把測(cè)弒分為基本測(cè)弒和峰值測(cè)弒，前者對(duì)所有的基準(zhǔn)程序選用最基本的編譯選項(xiàng)，后者可對(duì)各個(gè)基準(zhǔn)程序分別近的優(yōu)化編譯，使其能達(dá)到最優(yōu)性能。4.3采用MD5數(shù)字簽名為了保證測(cè)弒結(jié)果的公正性，測(cè)弒中采用了數(shù)字簽名技術(shù)。即在編譯和運(yùn)行測(cè)弒程序當(dāng)中，用工具獲件產(chǎn)生卻驗(yàn)證可執(zhí)行文件和測(cè)弒結(jié)果的校驗(yàn)和，從而保證測(cè)弒結(jié)果是從各個(gè)基準(zhǔn)程序中獲得，沒(méi)有經(jīng)過(guò)人工篡改。4.4跨平臺(tái)性CPU2000可以運(yùn)行于Windows,UNIX和Linux平臺(tái)。為了做到基準(zhǔn)程序的跨平臺(tái)型，一方面?zhèn)€個(gè)基準(zhǔn)程序是以源代碼的形式提供，另一方面負(fù)責(zé)基準(zhǔn)程序編譯、運(yùn)的、產(chǎn)生結(jié)果報(bào)表的管理程序是用Perl語(yǔ)言編寫的，由于Perl語(yǔ)言的跨平臺(tái)性，也保證了基準(zhǔn)程序可以運(yùn)行于多種操作系統(tǒng)。4.5本質(zhì)上是合成測(cè)弒SPECCPU實(shí)際上是合成測(cè)弒。盡管所有的修務(wù)來(lái)源于真實(shí)的應(yīng)用程序（如壓縮程序和編譯程序），但為了移植性和不同平臺(tái)間的可比較性，基準(zhǔn)程序經(jīng)過(guò)了一些改動(dòng)，與實(shí)際的應(yīng)用程序略有不同。實(shí)際應(yīng)用程序可以采用最新的算法、最佳的編譯器和編譯選項(xiàng)，而基準(zhǔn)程序需要限制程序當(dāng)中采用的算法，這限制了算法的改近和代碼優(yōu)化。同時(shí)，由于測(cè)弒通?；趹?yīng)用程序和相應(yīng)的腳本程序，而腳本國(guó)外電孑測(cè)量技術(shù)第25卷程序也需要考慮它的版本問(wèn)題，這也有別于真實(shí)世界的應(yīng)用程序。4.6基準(zhǔn)程序的班蓋率不足CPU2000基準(zhǔn)程序中許多是科學(xué)領(lǐng)域的仿真算法，或者是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的語(yǔ)言處理與數(shù)據(jù)壓縮算法，缺乏目前應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、多媒體等方面的算法。4.7需要商用編譯器的支持CPU2000當(dāng)中的一些基準(zhǔn)程序是用Fortran90語(yǔ)言寫的，而現(xiàn)在沒(méi)有自由的或開(kāi)放源碼的F90編譯器，因此，要全面運(yùn)的SPEC，需要商業(yè)版或一些限定版編譯器。性的CPU性能評(píng)估基準(zhǔn)獲件之一。本文在簡(jiǎn)要介紹SPECCPU2000的安裝和運(yùn)行過(guò)程的基礎(chǔ)上，對(duì)CPU2000的優(yōu)點(diǎn)和不足之處近的了深人分析，對(duì)國(guó)內(nèi)CPU性能的評(píng)價(jià)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)5結(jié)束語(yǔ)隨著我國(guó)對(duì)自主CPU的重視和國(guó)內(nèi)多款CPU的研制成功，需要解決對(duì)CPU性能如何評(píng)價(jià)的問(wèn)題。而SPECCPU2000是計(jì)算機(jī)業(yè)界公認(rèn)的、權(quán)威關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)〔1]SPECCPU2000revisionl.1.[2〕JohnL.Henning.SPECCPU2000:MeasuringCPUPerformanceintheNewMillennium[J].COMPUTER,2000,(7).〔3〕KirillKochetkov.SPECCPU2000TestPartllntroduction[j/OL]./articles/insidespeccpu2000/indexhttnl.[4」MichaelRiepeNewVersionoftheSPDCMay2000Iss弒幻.[5〕亨尼西.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一量化研究方法[M].比京：電孑工業(yè)出版社，2004.[6〕易建勛.微處理器(CPU)的結(jié)構(gòu)和性能[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)NI推出高性價(jià)比的便攜式測(cè)弒系統(tǒng)CompactDAQ美國(guó)國(guó)家儀器有限公司(ND推出基于USB的模塊化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一NICompactDAQ.NICompactDAQ是一個(gè)適合在工作臺(tái)、工程現(xiàn)場(chǎng)和生產(chǎn)線上也的傳感器和電氣測(cè)量的新型優(yōu)選平臺(tái)。核系統(tǒng)提供了一個(gè)8槽機(jī)箱，其I/O模塊在單個(gè)系統(tǒng)下可實(shí)現(xiàn)高達(dá)256個(gè)通道的電氣、物理、機(jī)械和聲波信號(hào)的測(cè)量