Intel Cascade Lake架構(gòu)CPU SPEC CPU2017評測*

杜 琦，黃 卉，龔 盛，劉新娃，黃 春

(1.國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院，湖南 長沙 410073;2.中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004)

1 引言

在高性能計算(HPC)領(lǐng)域，處理器的性能時刻影響著作業(yè)計算的效率，過去的幾年中，高性能計算領(lǐng)域受到來自不同廠商的關(guān)注，導(dǎo)致芯片架構(gòu)數(shù)量急劇上升，例如Marvell、華為和ARM等更多供應(yīng)商進(jìn)入了HPC相關(guān)領(lǐng)域，這種趨勢在未來預(yù)計仍會繼續(xù)。這些芯片具有不同的性能、功耗和特征，對新處理器架構(gòu)進(jìn)行基準(zhǔn)測試是了解其特性、獲取處理器真實性能最有效的途徑，對后續(xù)開展有針對性的代碼優(yōu)化至關(guān)重要[1]。

Cascade Lake是由Intel在2019年4月推出的微處理器體系架構(gòu)，采用14 nm制程，該架構(gòu)是在Skylake架構(gòu)的基礎(chǔ)上優(yōu)化而來的[2]，為了分析此新架構(gòu)，近來，我們使用SPEC CPU2017基準(zhǔn)測試工具對基于Cascade Lake架構(gòu)的Intel Xeon Gold 6252N處理器進(jìn)行了系統(tǒng)評測。Intel至強(qiáng)系列處理器共分為4種，分別是用于專家級工作站的Intel至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器、用于空間和功耗受限環(huán)境的片上系統(tǒng)的D系列處理器、用于主流工作站的W系列處理器和用于入門級工作站的E系列處理器[3]。本文選擇評測的處理器6252N為Intel至強(qiáng)金牌可擴(kuò)展處理器，它可以支持更高的內(nèi)存速度、更多的內(nèi)存容量和4路可擴(kuò)展性，擁有較高的可靠性和安全性，并且這款處理器針對要求苛刻的主流數(shù)據(jù)中心、多云計算以及網(wǎng)絡(luò)和存儲工作負(fù)載進(jìn)行了優(yōu)化，適用于高性能計算機(jī)。當(dāng)前隨著ARM和AMD 處理器的不斷完善，高性能計算處理器市場有了更多選擇，Intel難以避免其他架構(gòu)處理器帶來的競爭。但是，就目前形勢而言，Intel處理器仍在高性能計算領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，市場份額并不會迅速變化[4]，并且，英特針對高性能計算還附帶提供了大量的軟件與技術(shù)支持，使其處理器能最大程度地提高計算性能。對6252N處理器的評測有利于了解Cascade Lake架構(gòu)，也有利于獲取該款處理器的真實性能與特征。

評測之前本文對市面上部分處理器基準(zhǔn)測試工具進(jìn)行了選型工作，在GNU Linux平臺，多選擇使用SPEC(Standard Performance Evaluation Corporation) CPU[5]與HPL(High-Performance Linpack) Linpack[6]評測處理器性能。

SPEC CPU是一款開源跨平臺的處理器性能基準(zhǔn)測試套件，包括CPU89、CPU92、CPU95、CPU2000、CPU2006和CPU2017共6個版本，由SPEC發(fā)布。SPEC是由全球數(shù)十所大學(xué)、芯片廠商、科研團(tuán)體等組成的非營利性組織，致力于構(gòu)建一套標(biāo)準(zhǔn)化的基準(zhǔn)測試工具[7]。SPEC CPU基準(zhǔn)測試套件由多個應(yīng)用程序組成，這些程序分別來自不同的特定領(lǐng)域[8]，其每一項基準(zhǔn)測試都可以獲取對應(yīng)的測試評分，測試結(jié)果在高性能計算機(jī)的處理器評測領(lǐng)域具有較高的認(rèn)可度。常用版本為CPU2006與CPU2017，但是隨著CPU2017的發(fā)布，CPU2006即將淘汰，官方推薦使用CPU2017[9]，關(guān)于SPEC CPU2017的具體細(xì)節(jié)，將在第2節(jié)介紹。

Linpack是國際上使用最廣泛的高性能計算機(jī)系統(tǒng)浮點性能基準(zhǔn)測試，其實際測試結(jié)果受到包括處理器的架構(gòu)、數(shù)量與效率、內(nèi)存大小、算法相關(guān)的參數(shù)設(shè)置以及網(wǎng)絡(luò)連通性等多方面因素的影響[10]，因此可以作為衡量機(jī)器整體性能的標(biāo)準(zhǔn)之一。測試包括3類，Linpack100、Linpack1000和HPL，前2種由于測試運(yùn)行規(guī)模較小，已不是很適合現(xiàn)代計算機(jī)的發(fā)展，當(dāng)前主要使用HPL測試。HPL是針對現(xiàn)代并行計算機(jī)提出的測試方式，允許用戶在不修改任意測試程序的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)問題規(guī)模大小(矩陣大小)、使用CPU數(shù)目、使用各種優(yōu)化等方法來執(zhí)行該測試程序，以獲取最佳的性能。HPL的測試結(jié)果是全球超級計算機(jī)TOP500排行榜中的排名依據(jù)，在國際上廣受認(rèn)可[11]。

而在微軟Windows平臺多使用CPU-Z[12]與CineBench[13]進(jìn)行基準(zhǔn)測試。CPU-Z是一款由CPUID公司開發(fā)的免費(fèi)處理器評測工具，可收集機(jī)器中處理器、緩存、主板和內(nèi)存等主要設(shè)備的信息，也可對處理器進(jìn)行單線程和多線程的基準(zhǔn)測試評分。CineBench是一款由Maxon公司開發(fā)的跨平臺免費(fèi)測試套件，用于評測計算機(jī)處理器與GPU的性能，常用版本為R15，可以通過渲染圖形測試，獲取處理器的性能評分。

本文測試基于RedHat Enterprise Linux Server 7.6平臺，鑒于平臺支持性，未選擇使用CPU-Z與CineBench。由于HPL Linpack中使用的Intel MKL(Math Kernel Library)數(shù)學(xué)庫針對CPU特性做過專門指令級手工優(yōu)化，體現(xiàn)的是機(jī)器的極值計算性能，不能代表典型應(yīng)用在機(jī)器上的表現(xiàn)，而SEPC中的基準(zhǔn)測試程序來源于不同的大型應(yīng)用項目，能很好地體現(xiàn)典型應(yīng)用在機(jī)器上的表現(xiàn)，且SPEC官網(wǎng)的測試結(jié)果頁面[14]提供了大量CPU2017評測結(jié)果以及配置文件可供參考對比，因而采用SPEC CPU2017作為本文評測的基準(zhǔn)測試工具。本文主要研究通過SPEC CPU2017對Intel Cascade Lake架構(gòu)CPU做評測，主要貢獻(xiàn)如下：

(1)在Intel Cascade Lake架構(gòu)CPU平臺，進(jìn)行不同內(nèi)存頻率、副本數(shù)與打開/關(guān)閉Turbo的組合測試；

(2)選擇Intel Ivy Bridge和Intel Haswell 2種架構(gòu)的CPU作為對比測試平臺，對比分析3種架構(gòu)的SPEC CPU2017表現(xiàn)；

(3)引入計算訪存跑分比PBR(Performance Bandwidth Ratio)的概念，分析3種架構(gòu)的硬件功能部件的增加對應(yīng)用程序的性能影響。

2 相關(guān)背景及基準(zhǔn)程序的介紹

本節(jié)簡要介紹SPEC CPU2017基準(zhǔn)程序，以及STREAM微基準(zhǔn)測試和性能評測相關(guān)的背景知識。

2.1 SPEC CPU2017

在SPEC CPU2017推出之前，SPEC CPU2006已使用10余年，而這10多年中，計算機(jī)領(lǐng)域已發(fā)生了重大變革，例如處理器架構(gòu)的更新、制作工藝的提升以及不斷增長的內(nèi)存容量。為了跟上技術(shù)進(jìn)步和新興領(lǐng)域發(fā)展的步伐，SPEC推出第6代基準(zhǔn)測試SEPC CPU2017[15]。

經(jīng)過SPEC CPU的版本迭代更新，相比于CPU2006，CPU2017進(jìn)行了大量的更新和修改，包括添加來自新興領(lǐng)域的基準(zhǔn)測試項[16]。首先在測試套件方面，CPU2017由2006版本的2個測試套件Int和Rate升級為4個套件，這4個套件分別是用于測試整型運(yùn)算速度的Int Speed、用于測試浮點運(yùn)算速度的FP Speed、用于測試整型并發(fā)速率的Int Rate和用于測試浮點并發(fā)速率的FP Rate；在測試項方面，CPU2017測試項由CPU2006的29項升級為43項，測試程序集也相應(yīng)修改，其中Int類別保留CPU2006原有的perlbench、gcc、mcf、omnetpp和xalancbmk 5項，新增人工智能領(lǐng)域的exchange2測試項，有4項測試項修改了名稱，即bzip2、gobmk、sjeng和h254ref分別修改為xz、leela、deepsjeng和x264，刪除了原有的2項測試項hmmer和astar；FP類別保留了原有的bwaves、namd、provray、lbm和wrf 5項測試項，新增8項基準(zhǔn)測試項，分別是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的parest、三維渲染和動畫領(lǐng)域的blender、大氣建模領(lǐng)域的cam4、圖像處理領(lǐng)域的imagick、分子動力學(xué)領(lǐng)域的nab、計算電磁學(xué)領(lǐng)域的fotonik3d、區(qū)域海洋模擬領(lǐng)域的roms和海洋氣候模擬領(lǐng)域的pop2，修改cacusADM為cactuBSSN，同時刪除CPU2006原有的gamess、milc、zeusmp、gromacs、leslie3d、dealⅡ、soplex、calculix、GemsFDTD、tonto和sphinx3等10項測試項。與前幾代版本相同，CPU2017的基準(zhǔn)測試程序依然使用C/C++和FORTRAN語言編寫，因此可移植到多種CPU架構(gòu)以及包括UNIX和Windows在內(nèi)的多種操作系統(tǒng)中，同時，CPU2017在測試中將強(qiáng)制收集來自sysinfo程序的數(shù)據(jù)，因此生成的報告也更加準(zhǔn)確完整。

2.2 STREAM

STREAM[17]是一套綜合性能測試程序集，通過FORTRAN和C 2種高級且高效的語言編寫完成，由弗吉尼亞大學(xué)(University of Virginia)提供，通過數(shù)組的復(fù)制、尺度變換、矢量求和及符合矢量求和等4種不同模式下的雙精度(8個字節(jié))內(nèi)存讀寫操作來測試高性能計算機(jī)的內(nèi)存帶寬。

2.3 超線程

超線程是Intel于2002年發(fā)布的一種技術(shù)，它把多線程處理器內(nèi)部的2個邏輯內(nèi)核模擬成2個物理芯片，使單個處理器就能使用線程級的并行計算，進(jìn)而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件。超線程技術(shù)充分利用空閑CPU資源，在相同時間內(nèi)完成更多工作[18]。

雖然采用超線程技術(shù)能夠同時執(zhí)行2個線程，但當(dāng)2個線程同時需要某個資源時，其中一個線程必須讓出資源暫時掛起，直到這些資源空閑以后才能繼續(xù)。因此，超線程的性能并不等于2個CPU的性能之和。而且，超線程技術(shù)的CPU需要芯片組、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的支持，才能比較理想地發(fā)揮該項技術(shù)的優(yōu)勢[18]。

2.4 Turbo模式

Intel睿頻加速技術(shù)(Intel Turbo Boost)是Intel對其CPU的時鐘頻率自動加速技術(shù)的商業(yè)名稱。當(dāng)程序?qū)PU資源利用增加時，睿頻加速技術(shù)自動開啟，提高CPU頻率，以滿足算力需求[19]。該技術(shù)啟動后，處理器將嘗試提高其自身的時鐘頻率，并由處理器的功率、電流、溫度限制、需要提高頻率的處理器核心數(shù)量，以及最大睿頻頻率來決定具體頻率的提高。此外，若睿頻加速期間處理器的溫度、功率等超過限制，則處理器的時鐘頻率會下降，以保護(hù)處理器[19]。

2.5 qkmalloc和jemalloc內(nèi)存分配器

qkmalloc是Intel自定義內(nèi)存分配器庫，最早出現(xiàn)在Intel C++編譯器19.0的更新版本1中。它提供了一個C級接口“qkmalloc()”用于替代經(jīng)典內(nèi)存分配器malloc分配內(nèi)存[20]。

jemalloc是由Evans在2005年為FreeBSD開發(fā)的新一代內(nèi)存分配器,用來替代原來的phkmalloc[21]。到目前為止，除了原版jemalloc，還有很多變種被用在各種項目里。

相對經(jīng)典內(nèi)存分配器，jemalloc最大的優(yōu)勢是其強(qiáng)大的多核/多線程分配能力。以現(xiàn)代計算機(jī)硬件架構(gòu)來說，最大的瓶頸已經(jīng)不再是內(nèi)存容量或CPU計算速度，而是多核/多線程下的鎖競爭(Lock Contention)。因為無論CPU核心數(shù)量如何多，通常情況下內(nèi)存只有一份，可以說，如果內(nèi)存足夠大,CPU的核心數(shù)量越多，程序線程數(shù)越多，jemalloc的分配速度越快，而這一點是經(jīng)典內(nèi)存分配器所無法達(dá)到的。

3 測試平臺與環(huán)境

從近幾年TOP500發(fā)布的超級計算機(jī)500強(qiáng)榜單可以看出，Intel處理器的比重越來越大。本文采用Intel 3款不同架構(gòu)的平臺進(jìn)行測試，即Intel Cascade Lake架構(gòu)處理器Intel Xeon Gold 6252N、Intel Haswell架構(gòu)處理器Intel Xeon E5-2620 v3和Intel Ivy Bridge架構(gòu)處理器Intel Xeon E5-2692 v2。這3款不同架構(gòu)處理器在TOP500中都占有一席之地。

3.1 硬件平臺

本文用到的3款不同架構(gòu)處理器的測試平臺的主要性能參數(shù)如表1所示。

Table 1 Hardware configuration of the platforms表1 測試平臺硬件配置

這3款不同架構(gòu)處理器除在基礎(chǔ)頻率、Cache容量等存在差別外，對計算性能有較大影響的向量部件、指令集等也有較大的差別，如表2所示。

3.2 軟件環(huán)境

在2個平臺上，本文均采用Intel Parallel Studio XE套件來編譯SPEC CPU2017的測試題，該

Table 2 Test platform vector parts,FMA parts and deep learning instructions表2 測試平臺的向量部件、FMA部件和深度學(xué)習(xí)指令

套件包含本次測試必需的C/C++編譯器ICC與FORTRAN編譯器IFort，并且對于x86處理器，Intel編譯器通常可以優(yōu)化程序代碼，提高應(yīng)用程序性能，具有較高的兼容性和易用性。測試依賴的GCC編譯器采用9.3.0版本，GCC 9.3.0是由GNU開源組織于2020年3月21日發(fā)布的，較早期9代GCC版本相比，修復(fù)了眾多已知錯誤，具有較高的穩(wěn)定性。詳細(xì)軟件環(huán)境如表3所示。

Table 3 Software configuration of the platforms表3 測試平臺軟件環(huán)境

4 測試及結(jié)果分析

本文采用實測方法測試Intel Xeon Gold 6252N型號CPU。通過SPEC CPU2017測試集，分不同內(nèi)存頻率、打開/關(guān)閉Turbo Boost和打開/關(guān)閉超線程等配置組合對該型號CPU進(jìn)行全面測試，并分析不同配置組合下表現(xiàn)出的性能差異。本節(jié)還對比測試了Intel Ivy Bridge和Intel Haswell 2種架構(gòu)的CPU，根據(jù)SPEC CPU2017的測試結(jié)果討論了3種架構(gòu)的差異及其表現(xiàn)。本節(jié)使用的測試集為intrate(SPECrate 2017 Integer)和fprate(SPECrate 2017 Floating Point)。

4.1 測試方法

在本文的測試中，3個平臺使用的編譯器都為Intel編譯器，具體軟件環(huán)境配置如表3所示。

在Intel Xeon Gold 6252N平臺，SPEC CPU2017的配置文件中使用的編譯選項主要包括“-O3”“-xCORE-AVX512”“-qopt-prefetch”“-iop”“-ljemalloc”和“-lqkmalloc”等，其中“-ljemalloc”和“-lqkmalloc”分別對應(yīng)jemalloc和qkmalloc內(nèi)存分配器。

在Intel Xeon E5-2620 v3平臺，SPEC CPU2017的配置文件中使用的編譯選項主要包括“-O3”“-qopt-prefetch”“-iop”“-xCORE-AVX2”等。

在Intel Xeon E5-2692 v2平臺，SPEC CPU2017的配置文件中使用的編譯選項主要包括“-O3”“-qopt-prefetch”“-iop”等。

3個平臺的測試都是采用numactl來綁定CPU核，并使用interleave的方式分配內(nèi)存。

4.2 Intel Xeon Gold 6252N

本節(jié)分別測試討論intrate和fprate的單副本、48副本和96副本在內(nèi)存頻率為2 400 MHz和2 666 MHz、Turbo Boost打開或關(guān)閉情況下的性能表現(xiàn)。

4.2.1 單副本

圖1和圖2分別為單副本intrate和fprate的性能表現(xiàn)結(jié)果。從圖中可以看出，在Turbo Boost打開或關(guān)閉的情況下，內(nèi)存頻率的差異對單副本的測試性能沒有明顯的影響。

Figure 1 Performance results of single intrate copy圖1 單副本intrate的性能表現(xiàn)結(jié)果

Figure 2 Performance results of single fprate copy圖2 單副本fprate的性能表現(xiàn)結(jié)果

4.2.2 48副本

圖3和圖4分別為48副本intrate和fprate的性能表現(xiàn)結(jié)果。從圖中可以看出，在Turbo Boost打開或關(guān)閉的情況下，內(nèi)存頻率的差異對48副本intrate的測試性能沒有明顯的影響，但對48副本fprate的測試性能影響明顯。相較于2 400 MHz內(nèi)存頻率，使用2 666 MHz頻率的內(nèi)存，在48副本fprate的測試中有9個題目的性能有所提高，其中503.bwaves_r、519.lbm_r、521.wrf_r、549.fotonik3d_r 和554.roms_r 等5個題目的性能提升在9%左右；3個題目的性能下降，其中508.namd_r和538.imagick_r 等2個題目分別下降2%和4%；1個題目544.nab_r對內(nèi)存頻率差異不敏感。

Figure 3 Performance results of 48 intrate copies圖3 48副本intrate的性能表現(xiàn)結(jié)果

Figure 4 Performance results of 48 fprate copies圖4 48副本fprate的性能表現(xiàn)結(jié)果

4.2.3 96副本

圖5和圖6分別為96副本intrate和fprate的性能表現(xiàn)結(jié)果。從圖中可以看出，在Turbo Boost關(guān)閉的情況下，內(nèi)存頻率的差異對96副本intrate的測試性能有一定的影響，而在Turbo Boost打開時則不明顯；在Turbo Boost打開或關(guān)閉的情況下，內(nèi)存頻率的差異對96副本fprate的測試性能影響明顯，與48副本的對比分析基本一致。

Figure 5 Performance results of 96 intrate copies圖5 96副本intrate的性能表現(xiàn)結(jié)果

Figure 6 Performance results of 96 fprate copies圖6 96副本fprate的性能表現(xiàn)結(jié)果

4.3 對比測試分析

本節(jié)討論測試了Intel Xeon E5-2692 v2和Intel Xeon E5-2620 v3 2種架構(gòu)CPU的SPEC CPU2017的單副本和多副本，通過不同副本的跑分值來對比分析3種架構(gòu)的差別。

Figure 7 Comparison of intrate run scores of three CPU architectures圖7 3種架構(gòu)CPU的intrate跑分值對比

Figure 8 Comparison of fprate run scores of three CPU architectures圖8 3種架構(gòu)CPU的fprate跑分值對比

圖7和圖8分別為3種CPU架構(gòu)的intrate和fprate的跑分值對比結(jié)果。從圖中可以看出，Intel Xeon Gold 6252N平臺的跑分值明顯優(yōu)于其他2個平臺的，說明在硬件資源增加的情況下，SPEC CPU2017的跑分值會相應(yīng)有所提高，但提高的比率是否與硬件資源增加的比率呈相應(yīng)倍數(shù)關(guān)系則無法從圖7和圖8中看出來。為了定量分析，本文引入計算訪存跑分比PBR的概念，即:

其中，BenchmarkRatio表示SPEC CPU2017中測試題的跑分值，CPUComputingPerformance表示對應(yīng)副本數(shù)的CPU理論峰值，MemoryBandwidth表示內(nèi)存帶寬。PBR值越低，說明在單位時間內(nèi)硬件資源的利用率越高。

4.3.1 理論峰值性能與理論訪存帶寬計算

根據(jù)表1和表2給定的參數(shù)可以得到3個平臺的理論峰值性能(按基礎(chǔ)頻率計算)和理論訪存帶寬。本文使用的Intel Xeon Gold 6252N平臺擁有2個socket，每個socket有24個計算核心，每個核心的基礎(chǔ)頻率是2.3 GHz，向量寬度是512 bit，有2個FMA部件，故單核心的雙精度浮點理論峰值性能為：

全平臺48核心的雙精度浮點理論峰值性能為3 532.8 GFlops。單核心的32位定點理論峰值性能為：

全平臺48核心的32位定點理論峰值性能為7065.6×109ops。該平臺使用DDR4類型的內(nèi)存，內(nèi)存頻率為2 400 MHz，有12個訪存通道，故而最大訪存帶寬為：

本文使用的Intel Xeon E5-2620 v3平臺擁有2個socket，每個socket有6個計算核心，每個核心的基礎(chǔ)頻率是2.4 GHz，向量寬度是256 bit，有2個FMA部件，故單核心的雙精度浮點理論峰值性能為：

全平臺12核心的雙精度浮點理論峰值性能為460.8 GFlops。單核心的32位定點理論峰值性能為：

全平臺12核心的32位定點理論峰值性能為921.6×109ops。該平臺使用DDR4類型的內(nèi)存，內(nèi)存頻率為2 133 MHz，有8個訪存通道，故而最大訪存帶寬為：

本文使用的Intel Xeon E5-2692 v2平臺擁有2個socket，每個socket有12個計算核心，每個核心的基礎(chǔ)頻率是2.2 GHz，向量寬度是256 bit，有1個FMA部件，故單核心的雙精度浮點理論峰值性能為：

全平臺24核心的雙精度浮點理論峰值性能為422.4 GFlops。單核心的32位定點理論峰值性能為：

全平臺24核心的32位定點理論峰值性能為844.8×109ops。該平臺使用DDR4類型的內(nèi)存，內(nèi)存頻率為2 133 MHz，有8個訪存通道，故而最大訪存帶寬為：

4.3.2 Intel Xeon E5-2692 v2和Intel Xeon E5-2620 v3

本節(jié)給出了在打開Turbo、關(guān)閉超線程的情況下，2種架構(gòu)CPU的SPEC CPU2017的單副本和多副本的跑分值。圖9為單副本和多副本intrate的性能表現(xiàn)結(jié)果。圖10為單副本和多副本fprate的性能表現(xiàn)結(jié)果。

Figure 9 Performance results of single intrate copy and multiple intrate copies圖9 單副本和多副本intrate的性能表現(xiàn)結(jié)果

Figure 10 Performance results of single fprate copy and multiple fprate copies圖10 單副本和多副本fprate的性能表現(xiàn)結(jié)果

4.3.3 對比分析

本節(jié)在打開Turbo、關(guān)閉超線程的情況下，根據(jù)計算訪存跑分比PBR來分析3種CPU架構(gòu)的差別。

圖11所示為3種架構(gòu)的fprate單副本PBR的表現(xiàn)結(jié)果。Intel Xeon E5-2692 v2和Intel Xeon E5-2620 v3 2款CPU在向量長度上都是256 bit，后者有2個FMA部件，而前者只有1個。從圖11中可以看出，Intel Xeon E5-2620 v3型號CPU測試平臺在多1個FMA部件、內(nèi)存頻率提高60%的情況下，單副本的PBR值并沒有相應(yīng)地按比例降低，且部分題目的PBR值還高于Intel Xeon E5-2692 v2的，這說明增加的FMA部件并沒有得到充分的利用。比較Intel Xeon Gold 6252N和Intel Xeon E5-2620 v3 2款CPU，前者的向量長度為512 bit，后者為256 bit，兩者都有2個FMA部件。從圖11中可以看出，在單副本時增加向量長度并沒有降低題目的PBR值，說明向量部件沒有得到充分的利用。特別地，增加FMA部件或者向量長度使得538.imagick_r題目的PBR值降低。

Figure 11 Single fprate copy PBR results of three architectures圖11 3種架構(gòu)的fprate單副本PBR的表現(xiàn)結(jié)果

圖12為3種架構(gòu)的fprate多副本PBR的表現(xiàn)結(jié)果。從圖12中可知，Intel Xeon E5-2692 v2的PBR值明顯高于Intel Xeon E5-2620 v3的，在硬件配置上后者較前者多了1個FMA部件，但L3 Cache大小只有前者的一半，CPU核數(shù)是前者的一半。從前文單副本的PBR分析知道，增加FMA部件對PBR值影響較小，且從圖8可知兩者的多副本得分接近，從而可知L3 Cache的大小對PBR值影響較大。Intel Xeon Gold 6252N與Intel Xeon E5-2692 v2的L3 Cache大小一致，L2 Cache大小是其4倍，前者PBR值明顯低于后者，從而可知L2 Cache的大小對PBR值影響較大。

Figure 12 Multi fprate copies PBR results of three architectures圖12 3種架構(gòu)的fprate多副本PBR的表現(xiàn)結(jié)果

圖13為3種架構(gòu)的intrate單副本PBR的表現(xiàn)結(jié)果。從圖13中可以看出，在單副本時，523.xalancbmk_r和525.x264_r 2個題目的表現(xiàn)在Intel Xeon Gold 6252N平臺較其他2個平臺好，剩余的8個題目的PBR值并沒有因為Intel Xeon Gold 6252N平臺硬件部件的增強(qiáng)而表現(xiàn)更好。從另一個角度說明，在單副本時，Intel Xeon Gold 6252N平臺的硬件資源是相對過剩的，特別地，對于AI領(lǐng)域的531.deepsjeng_r和541.leela_r 2個題目尤為明顯。

Figure 13 Single intrate copy PBR results of three architectures圖13 3種架構(gòu)的intrate單副本PBR的表現(xiàn)結(jié)果

圖14為3種架構(gòu)的intrate多副本PBR的表現(xiàn)結(jié)果。從圖14中可以得知，在多副本的情況下，Intel Xeon Gold 6252N平臺的PBR值明顯優(yōu)于其他2個平臺的，Intel Xeon E5-2620 v3平臺的PBR值優(yōu)于Intel Xeon E5-2692 v2平臺的，說明增加FMA部件或者向量長度可以有效地提高定點應(yīng)用的性能。特別地，在多副本時，AI領(lǐng)域的531.deepsjeng_r、541.leela_r和548.exchange2_r在Intel Xeon Gold 6252N平臺的PBR值優(yōu)于其他2個平臺的。

Figure 14 Multi intrate copies PBR results of three architectures圖14 3種架構(gòu)的intrate多副本PBR的表現(xiàn)結(jié)果

5 結(jié)束語

本文采用SPEC CPU2017對Intel Cascade Lake架構(gòu)的Intel Xeon Gold 6252N型號CPU進(jìn)行了不同內(nèi)存頻率、不同副本數(shù)、打開/關(guān)閉Turbo的組合測試，總結(jié)了不同應(yīng)用程序在該型號上不同軟硬件配置的性能表現(xiàn)。同時，本文還對比測試了Intel Ivy Bridge架構(gòu)的Intel Xeon E5-2692 v2型號CPU和Intel Haswell架構(gòu)的Intel Xeon E5-2620 v3型號CPU，通過引入計算訪存跑分比PBR的概念，分析了3種架構(gòu)的硬件功能部件的增加對應(yīng)用程序的性能影響。通過對比測試分析發(fā)現(xiàn)，對于浮點應(yīng)用題目，增加CPU的FMA部件不能顯著提高應(yīng)用程序的性能；向量長度從256 bit增加到512 bit，對高度向量化的應(yīng)用具有較好的效果，如圖像處理領(lǐng)域的imagick應(yīng)用程序；增加L2 Cache和L3 Cache的大小，在多副本的情況下，表現(xiàn)出較好的效果。對于定點應(yīng)用題目，增加FMA部件或者向量長度可以有效地提高其性能，特別在多副本的情況下效果明顯。