提高 Fortran 代码性能的提示和技巧 [关闭]

作为我博士学位的一部分。研究方面，我正在研究大气和海洋环流数值模型的开发。这些涉及到约 10^6 个网格点、超过约 10^4 个时间步长的偏微分方程数值求解系统。因此，当在数十个 CPU 上的 MPI 中运行时，典型的模型仿真需要数小时到几天才能完成。当然，尽可能提高模型效率很重要，同时确保结果逐字节相同。

虽然我对 Fortran 编程感到非常满意，并且知道很多使代码更高效的技巧，但我觉得仍然有改进的空间，以及我不知道的技巧。

目前，我确保使用尽可能少的除法，并尽量不使用文字常量（我很早就被教导要这样做，例如在实际计算中使用 half=0.5 而不是 0.5），使用尽可能少的超越函数尽可能等

还有哪些其他性能敏感因素？目前，我想知道几个：

1）数学运算的顺序重要吗？例如，如果我有：

a=1E-7 ; b=2E4 ; c=3E13
d=a*b*c

d 会根据乘法顺序以不同的效率进行计算吗？如今，这必须是特定于编译器的，但是有直接的答案吗？我注意到 d 根据顺序（精度限制）获得（略有）不同的值，但这会影响效率吗？

2）将大量（例如数十个）数组作为参数传递给子例程与从子例程内的模块访问这些数组？

3) Fortran 95 结构（FORALL 和 WHERE）与 DO 和 IF 比较？我知道这些在 90 年代很重要，当时代码矢量化是一件大事，但是现在现代编译器能够矢量化显式 DO 循环有什么区别吗？ （我在工作中使用 PGI、Intel 和 IBM 编译器）

4) 数字的整数次方与乘法？例如。：

b=a**4

or

b=a*a*a*a

我被教导要尽可能使用后者。这会影响效率和/或精度吗？ （可能也依赖于编译器）

请讨论和/或添加您所知道的有关提高 Fortran 代码效率的任何技巧和技巧。外面还有什么？如果您知道上述每个编译器与此问题相关的具体操作，请也将其包括在内。

补充：请注意，我本身没有任何瓶颈或性能问题。我想问是否有任何在操作意义上优化代码的通用规则。

谢谢！

抱歉，但你提到的所有技巧都是……荒谬的。更准确地说，它们在实践中没有任何意义。例如：

• 使用 half(=0.5) 而不是 0.5 有什么好处？
• 同上计算a**4 or a*a*a*a. (a*a)** 2也将是另一种可能性。我个人的品味是**4，因为一个好的编译器会自动选择最佳方式。

For **，唯一重要的一点是之间的区别a ** 4 and a ** 4.，后者消耗更多的CPU时间。但如果没有在实际模拟中进行测量，即使这一点也没有任何意义。

事实上，你的做法是错误的。尽可能地开发您的代码。之后，客观地衡量代码不同部分的成本。事先不进行测量就进行优化是毫无意义的。

如果某个部分的 CPU 占用率很高，例如 50%，请不要忘记，仅优化该部分无法将整个代码的成本除以大于两倍的系数。无论如何，从最昂贵的部分（瓶颈）开始优化工作。

还不要忘记，主要的改进通常来自更好的算法。