二级C++：怎样提高调用数学函数的程序的性能

　　MASS 高性能库

　　MASS 指的是数学加速子系统(Mathematical Acceleration Subsystem)。它由数学函数组成，这些数学函数是为在各种 IBM 计算平台上优化性能所设定的。MASS 最初是由 IBM 公司在 1995 年启动的，并在随后的发展中继续得到改善，一直到现如今仍然在改进。

　　现在所有的 IBM® POWER™ 处理器都有相应的各种版本的 MASS，运行 AIX® 或者 Linux® 操作系统。还有其他版本的 IBM System BlueGene®/L 和 IBM System BlueGene®/P 超级电脑，以及 IBM Cell Broadband Engine™ (Cell/B.E.™)方案。库包含有元素函数的加速实施方案，例如三角函数以及双曲线函数以及它们的倒数、乘方、对数、指数、错误函数以及其他函数。包含函数的完整列表可以在 IBM Mathematical Acceleration Subsystem 页面中找到。

　　有标量的库也有向量的库，而对于 Cell/B.E. 和 POWER7 来说，还有单个指示的多个数据(SIMD)库。注意精确性与例外情况的处理在 MASS 函数与系统库函数中可能是不一样的。对于目标硬件的其他汇编器(例如 gcc)的用户来说，MASS 库与 IBM XL C/C++ 还有 XL Fortran 汇编器封装到一起，并且可以通过 MASS Web 网站来获得。

　　可以通过 C、 C++ 或者 Fortran 源程序来访问库。IBM XL C/C++ 与 IBM XL Fortran 汇编器可以识别机会以使用 MASS 来加速源程序，并自动激活它而不用更改源程序。本文向您介绍了怎样实施一项技术帮助您的公司更好地使用这些强大的技术。

　　什么程序可以获益?

　　任何包含有对数学库函数(例如 exp、 log、sin、cos 等等)调用的 C、C++ 或者 Fortran 程序，潜在意义上都会从本文中所描述的技术中受益。

　　什么是自动化向量?

　　自动化向量技术是一种过程，在这个过程中 IBM XL C/C++ 或者 Fortran 汇编器会识别一个机会，去改善汇编过程中程序的性能，方法就是将对一次循环中一个标准库(C/C++ 库或者 Fortran 本质)的访问替换为对相应 MASS 向量函数的访问。因为 MASS 向量函数要比对一个标准库函数的重复访问快很多(倍数接近 30 倍)，所以最后得到的性能改善效果将会是惊人的。

　　一个简单的例子就是为多个论断计算特定函数的循环，例如接下来的 Fortran 程序。

　　subroutine　sub　(y,　x,　n)

　　real*8　y(*),　x(*)

　　integer　n,　i

　　intrinsic　exp

　　do　i=1,n

　　y(i)　=　exp(x(i))　!　standard　intrinsic

　　end　do

　　end　subroutine

　　有了适当的汇编器选项，汇编器就会意识到机会去给程序加速，方法就是将对 exp() 的重复访问替换为相应的 MASS 向量函数 vexp()，结果会产生一个程序，好像最开始是这样写成的这样：

　　include　'massv.include'

　　subroutine　sub　(y,　x,　n)

　　real*8　y(*),　x(*)

　　integer　n

　　call　vexp　(y,　x,　n)　!　MASS　vector　function

　　end　subroutine

　　这只是一个简单的范例，演示了自动向量化背后的基本思想。XL 汇编器实际上能够识别更加复杂的机会，并在需要的条件下重新安排源程序中的指南，以创建自动向量化的机会。

　　在本文中的范例研究部分中，会检查一个更加复杂和实际的范例。