B06: software-pipelining

主講人: jserv / 課程討論區: 2017 年系統軟體課程
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預期目標

閱讀論文 "When Prefetching Works, When It Doesn’t, and Why" (務必事先閱讀論文，否則貿然看程式碼，只是陷入一片茫然!)，紀錄你的認知和提問
在 Linux/x86_64 (注意，要用 64-bit 系統，不能透過虛擬機器執行) 上編譯並執行 prefetcher
- 說明 naive_transpose, sse_transpose, sse_prefetch_transpose 之間的效能差異，以及 prefetcher 對 cache 的影響
在 github 上 fork prefetcher，參照下方「見賢思齊：共筆選讀」的實驗，嘗試用 AVX 進一步提昇效能。分析的方法可參見 Matrix Multiplication using SIMD
- 修改 Makefile，產生新的執行檔，分別對應於 naive_transpose, sse_transpose, sse_prefetch_transpose (學習 phonebook 的做法)，學習你所不知道的 C 語言：物件導向程式設計篇提到的封裝技巧，以物件導向的方式封裝轉置矩陣的不同實作，得以透過一致的介面 (interface) 存取個別方法並且評估效能
- 用 perf 分析 cache miss/hit
- 學習 perf stat 的 raw counter 命令
- 參考 Performance of SSE and AVX Instruction Sets，用 SSE/AVX intrinsic 來改寫程式碼
- 在 Homework3 作業區詳細描述實驗設計、閱讀論文的心得和疑惑，以及你的觀察
截止日期：
- Mar 18, 2017 (含) 之前
  越早在 GitHub 上有動態、越早接受 code review，評分越高

研讀 "When Prefetching Works, When It Doesn’t, and Why" 論文，詳實紀錄不理解之處，接著開始進行一系列實驗，包含 SIMD-friendly 的寫法。
為了理解 prefetch distance 該如何設定，就需要先知道 memory latency 的時間和 loop 中 instruction 執行的時間，透過 Intel® Memory Latency Checker (mlc) 得知 latency 後，重新做了 AVX 實驗。

比照直覺的 C 程式, SSE, SSE + prefetch 效能分佈製圖。
在程式碼中，prefetch 的距離是根據 PFDIST 的設定值，實驗分別測試 D=0/4/8/12/16 的執行時間，以結果來看，執行時間的關係為 D=8 < D=4,12 < D=16 < D=0
說明了 prefetch 的距離會影響到執行效能，其中 D=0 尤其明顯。另外觀察到一個有趣的現象，就是無論D是等於多少，都會比沒有加 prefetch 的 SSE 版本還要來得快。
接著他將 Distance 固定在 8，改變 prefetch 的位置(TO/T1/T2/NTA)，執行的結果是 NTA 最花時間。
prefetch 先將所需要的資料載入快取記憶體降低了 cache-misses 進而減少了執行時間。重新思考cache miss的定義,要存取的資料若不在快取記憶體中，就會導致 cache misses。如果預先知道要存取的資料並載入快取記憶體中，就可以避免cache misses。