CPU的FLOPS如何比其时钟速度高得多？

Question

例如，现代i7-8700k的最大频率为4.7GHz，可以实现约60 GFLOPS（单精度source）。据我所知，一条指令至少要花费一个周期才能完成，那怎么可能呢？

Answer 1

要达到如此大的效果，必须将多个因素加在一起：

• SIMD，Intel 8700k和类似处理器支持AVX和AVX2，其中包括许多对可同时保存8个浮点数的寄存器进行操作的指令。
• 多核，8700k有6个核。
• AVX2的一部分，融合乘法加法在同一指令中同时具有乘法和加法。
• 高吞吐量执行。 latency （单个指令所花费的时间）对于处理器在一个单位时间内可以执行多少计算并不直接重要。诸如8700k之类的现代CPU可以在相同的周期内开始执行两个（独立）FMA（并且请记住，这些FMA仍然是SIMD指令，因此代表很多浮点运算）。该操作实际上是4个周期。

将所有这些因素相乘，我们得到：8 * 6 * 2 * 2 * 4.3 = 825 GFLOPS（与报道的统计here相匹配）。这种计算当然并不意味着它实际上可以实现。例如，处理器可能会在这样的工作负载下大幅降低时钟频率，以使其保持在其功率预算之内，这至少是自Haswell以来Intel一直在做的事情（尽管具体信息已更改且已应用于服务器部件）。同样，大多数实际代码在向许多FMA提供数据方面存在很大的麻烦。不过，大型矩阵乘法可以接近，例如，根据these stats，8700k在其SGEMM基准测试中达到496.7 Gflops。可能8700k在6核上的最大AVX2 Turbo速度为2.6GHz，但据我所知默认情况下它没有AVX偏移（仅在超频时才需要），或者GEMM并没有达到达到峰值FLOPS的水平。 / p>