Предисловие

Попытка сравнить производительность процессоров на разнородных архитектурах x86-64, e2k (Эльбрус), mips и arm. Все тесты написаны на языке C и компилируются под конкретную архитеткуру с использованием конкретного компилятора для данной архитеткуры и тесты производятся на различных дистрибутивах операционных систем на ядре Linux. На результаты может влиять как тип так и версия компилятора, а также режим оптимизаций. Хотя даже таким способом можно примерно сравнить производительность процессоров на разных архитектурах.

Описание архитеткур сравниваемых процессоров

x86 (ia32/x86/md64/EM64T/Intel/AMD)

CISC

ARM

RISC

MIPS

RISC

E2K (Elbrus 2000/Эльбрус)

VLIW

Список бенчмарков

• Dhrystone
• Whetstone
• LINPACK
• Coremark
• Memspeed
• Livermore Loops
• MP MFLOPS
• Scimark 2

Dhrystone

Dhrystone - синтетический бенчмарк, который был написан Reinhold P. Weicker в 1984 году. Данный бенчмарк не использует операции с плавающей запятой, а версия 2.1 написана так, чтобы исключить возможность сильных оптимизаций при компиляции. Бенчмарк выдаёт результаты в VAX Dhrystones в секунду, где 1 VAX DMIPS = Dhrystones в секунду делить на 1757.

Whetstone

Whetstone - синтетический бенчмарк, который был написан Harold Curnow в 1972 году на языке Fortran. Позже был переписан на языке C Roy Longbottom. Данныей бенчмарк выдаёт результаты в MWIPS, также промежуточные результаты в MOPS (Миллионов операций в секунду) и MFLOPS (Миллионы вещественных операций с плавующей запятой в секунду). Данный бенчмарк производит различне подсчёты: производительность целочисленных и операций с плавующей запятой, производительность операций с массивами, с условным оператором, производительность тригонометрических функций и функций возвдения в степень, логарифмов и извлечения корня.

Также мной был написан бенчмарк Whetstone на языках JS (Для тестирования браузера и NodeJS) и C# (Для тестирования Mono, .Net Framework и Dotnet Core), а также я нашёл реализацию на Java.

Whetstone MP - многопоточный вариант Whetstone.

LINPACK

LINPACK - бенчмарк, который был написан Jack Dongarra на языке Fortran в 70х годах, позже переписан на язык C. Данный бенчмарк считает ситемы линейных уравнений, делает различные операции над двумерными (матрицами) и одномерными (векторами). Используется реализация Linpack 100x100 с числами типа float. Реализация бенчмарка хорошо используется для оценки производительности различных суперкомпьютеров.

Coremark

Набор бенчмарков написанных на языке C. Создан в 2009 году Shay Gal-On из компании EEMBC Содержит реализации таких алгоритмов: обработка связных списков (поиск и сортировка), обработка матриц (несколько матричных операций), машина состояний (определение, что входной символьный поток содержит действительные числа в десятичной записи), подсчет суммы CRC.

Memspeed

Memspeed - выполняет 3 различные операции, над 64 битными числами с плавающей запятой двойной точности, 32 битными с плавающей запятой одинарной точности and 32 битными целыми над 2мя массивами:

• Сумма с регистром r = r + x [m] * y[m] (Integer + y [m])
• Сумма в память x[m] = x[m] + y[m]
• Память в память x[m] = y[m]

Livermore Loops

Бенчмарк для суперкомпьютеров, появился в 1970, изначально содержал 14 тестов на языке Fortran. Далее тестов было увеличено до 24 в 1980'е. Производительность измеряется в Миллионах Операций Чисел с Плавающей Точкой в Секунду или MFLOPS. Бенчмарк проверяет точно вычислений в конце. Основная цель - избежать простых операций над чилами, 24 теста выполняются 3 раза в цикле Do-loop и вычисляют производительность на короткими, средними и большими последовательностями чисел.

MP MFLOPS

Scimark 2

SciMark 2 - набор бенчмарков на языке C измеряющий производительность кода встречающегося в научных и профессиональных приложениях. Содержит в себе 5 вычислительных тестов: FFT (быстрое преобразование Фурье), Gauss-Seidel relaxation (Метод Гаусса — Зейделя для решения СЛАУ), Sparse matrix-multiply (Умножение разреженных матриц), Monte Carlo integration (Интегрирование методом Монте-Карло), и LU factorization (LU-разложение).

Участники

Машины на процессорах x86 (i386) х86-64 (amd64):

• Core i7-2600
• AMD A6-3650
• Atom Z8350
• Core 2 Duo T9400

Машины на процессорах armv6 (armel), armv7 (armhf), armv8 (aarch64):

• Odroid N2 (Amlogic S922X)
• Odroid X2 (Samsung Exynos 4412)
• Orange Pi PC2 (Allwinner H5)
• Orange Pi Win (Allwinner A64)
• Raspberry PI 3 (Broadcom BCM2837B0)
• Raspberry PI (Broadcom BCM2835)
• AWS Graviton (Alpine AL73400)

Машины на процессорах e2k (Elbrus 2000) (v3, v4, v5):

• E8C-SWTX (Elbrus 8C)
• E8C-E8C4 (Elbrus 8C x4 cpu)
• E8C2 (Elbrus 8C2) (1200 MHz, 1550 MHz)
• E2S-EL2S4 (Elbrus 4C x4 cpu)s
• E2S-PC401 (Elbrus 4C)
• MBE1C-PC (Elbrus 1C+)

Машины на процессорах mips :

• Baikal T1 BFK

Таблица со всеми участниками

Настройки компиляторов

Результаты бенчмарков

Dhrystone

Dhrystone Benchmark, все процессоры

Dhrystone Benchmark, x86-64 и e2k процессоры

Whetsone

Whetstone Single Precision, все процессоры

Whetstone Single Precision, x86-64 и e2k процессоры

Whetstone Single Precision, однопоточные результаты, x86-64 и e2k процессоры

Whetstone Single Precision, многопоточные результаты, x86-64 и e2k процессоры

LINPACK

LINPACK 100x100 Double Precision, все процессоры

Coremark

Coremark, все процессоры

Coremark, однопоточные результаты, все процессоры

Coremark, многопоточные результаты, все процессоры

Memspeed

(x[i] = x[i] + a * y[i])

(x[i] = x[i] + y[i])

(x[i] = y[i])

Memspeed, Умножение-сложение с присвоением, все процессоры

Memspeed, Сложение с присвоением, все процессоры

Memspeed, Присвоение, все процессоры

MP MFLOPS

2 операции

x[i] = (x[i]+a)*b;

8 операций

x[i] = (x[i]+a)*b-(x[i]+c)*d+(x[i]+e)*f;

32 операции

x[i] = (x[i]+a)*b-(x[i]+c)*d+(x[i]+e)*f-(x[i]+g)*h+(x[i]+j)*k-(x[i]+l)*m+(x[i]+o)*p-(x[i]+q)*r+(x[i]+s)*t-(x[i]+u)*v+(x[i]+w)*y;

MP MFLOPS, 2 операции, все процессоры

MP MFLOPS, 8 операций, все процессоры

MP MFLOPS, 32 операции, все процессоры

Scimark 2

Scimark 2, однопоточные результаты, x86-64 и e2k процессоры