CPU的性能测试与分析.doc

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第25卷第6期
2006年6月
国 外 电子测量技术
Foreign Electronic Measurement Technology
Vol. 25, No. 6
Ju n. ， 2006
SPEC CPU2000性能测试程序分析及其应用
廖秋 林 ， 莫 玮 “ 陈 大 为 “
(1.桂林电子工业学院桂林541004; 2.中国电子技术标准化研究所北京100007)
摘要:SPEC CPU2000是由标准性能评价组织(SPEC)开发的用于评测通用型CPU性能的基准
程序测试组，是目前CPU性能评测的客观和可信的基准程序之一。通过研究CPU2000基准程序
的组成，及其在具体硬件平台上的安装和测试过程，最后分析指出CPU2000基准程序的特点和
不足之处。
关键词:CPU性能评测基准程序SPEC CPU2000
An al ysi sa nd a pp li cat iono fS PEC CPU2000
pe rfo rm a nc et es tp ro gr am
Lia o Q i uli n' Mo W e i' C he n D a we i2
(1. Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004; 2. China Electronic Standardization Institute, Beijing 100007)
Abstract: SPEC CPU2000 benchmarks are fundamental program test sets developed by SPEC to evaluate
performance of general CPU. It is one of the most objective and trustworthy in evaluation of
CPU performance. This paper gives a brief introduction of CPU2000 and its installation and how to
run it. At last, the characteristics and the disadvantage of CPU2000 are analyzed.
Keywords: CPU performance evaluation, benchmark, SPEC CPU2000.
0 引言
SP EC C PU2000是SPEC(标准性能评测组织)
开发的专门用于评价CPU(中央处理器)性能的一
套基准程序，主要应用于对桌面型和服务器型CPU
的性能评价，其目的是比较不同类型CPU的整点
运算和浮点运算性能。SPEC是由计算机业界几十
个芯片厂商、计算机系统厂商、研究团体等构成的非
营利组织，其开发的SPEC CPU2000在CPU的性
能评价领域具有很大的权威性。
对 于 CP U性能的评价，SPEC组织先后发布了
SPEC92,SP EC95和SPEC2000三个版本，其中
SPEC92和SPEC95已经过时，目前使用的是SPEC
CPU2000，最新版本为v1. 3版。相比以前的版本，
SPEC CPU2000中加人了新的测试基准程序，增加
了程序的工作量和运行时间，并且更易于使用。
1 SPECC PU2000的组成
SP EC 20 0。是在SPEC95基础上发展起来的，
同以前版本一样，它也由两套基准程序组成，分别测
试CPU的整点运算性能和浮点运算性能。并且针
对单处理器和多处理器计算机系统，CPU2000采用
不同的度量方法进行测试以保证公正性和合理性。
单处理器系统主要测量系统的运算速度指标，即单
位工作量需要多少时间来完成;而多处理器系统则
主要测量系统的吞吐量，即系统在给定时间内能完
成多少工作量。因此，对于测试结果，CPU2000能
给出4个测试结果指标:
SP EC int 2000，即单CPU计算机系统执行以整
数运算为主应用软件的性能指标;
SPE C fp2 000，单CPU计算机系统执行以浮点
运算为主应用软件的性能指标;
SP EC int -rate2000，多处理器计算机系统执行
基金项目:本课题来源于国家863项目，课题编号:2003AAIZ 1360
作者简介:
廖秋 林 ， 男，现就读于桂林电子工业学院电子工程系，主要研究方向:集成电路测试理论与技术。
66 国外电子测量技术第25卷
以整数运算为主应用软件的性能指标;
SP EC fp- rate2000，多处理器计算机系统执行以
浮点运算为主应用软件的性能指标。
CP U2 00 。整点性能基准程序包括表1所示的
12个程序:
表 1 C PU 20 00 整 点基准程序
基准程序源程序描述
164. gzip C 数据压缩
175. vpr C FPGA电路分布和路由
176. gcc C C语言编译器
181. mcf C 组合优化
186. crafty C 棋类游戏
197. parser C 自然语言处理
252. eon C十+ 计算可视化
253. perlbmk C Perl语言
254. gap C 群论解释器
255. vortex C 面向对象数据库
256. bzip2 C 数据压缩
300. twolf C 布局和路由仿真
CPU2000浮点性能基准程序包括表2所示的
14个程序:
表2 C P U2 00 0浮点基准程序
基准程序源程序描述
168. wupwise F77 量子色彩动力学
171. swim F77 浅水模型
172.m grid F77 多网格方法求解3D位势场
173.ap plu F77 抛物/椭圆偏微方程
177. mesa C 3D图形库
178.ga lgel F90 流体动力学
179. art C 神经网络模拟、自适应推理
183. equake C 有限元模拟、地震模型
187.facerec F90 计算机视觉，识别人像
188. ammp C 计算化学
189.lucas F90 数论、质数测试
191. fma3d F77 有限元碰撞模拟
200. sixtrack F 77 离子加速器模拟
301. apsi F 77
求解大气温度、风向、速度和
污染物分布问题
2 用CPU2000进行CPU性能测试
2.1 系统要求
在用 CP U2000对计算机系统进行测试之前，
测试系统应该满足一些基本要求，如能够运行
UNIX,Li nux或WindowsN T以上的计算机系统，
至少256MB内存，2GB的磁盘自由空间，以及C,
C++和Fortran90编译器。
本次 测 试 用的硬件基本配置是:IntelP entium4
2. 2GHz,256M DDR266内存、20G硬盘，操作系统
为Windows XP SP2，编译器为VC. net和Intel的
Fortran编译器。
2.2 安装和运行
SP EC C PU2000测试基准程序已经在Unix和
Windows NT系统上进行过测试，可以在任意一种
系统上从光盘上安装。通过运行光盘上的install
安装脚本，然后按照屏幕提示设置好安装路径，安装
脚本会自动检查操作系统类型和硬件平台，安装非
常方便。
CP U2 00 0基准主要由基准程序源文件、脚本管
理程序、配置文件以及测试结果文件组成。管理程
序中最重要的是runspec脚本管理程序，通过它用
户可以编译、运行和维护基准程序。典型的runspec
用法是:
run sp ec - cd efault.cf g- reportablea ll
其 中 de fault.cf g为配置文件，reportable参数
使CPU2000产生有效的测试结果报表，all则是运
行所有的整点和浮点基准程序。
2.3 配置文件
配置 文 件 中包含了许多信息，比较重要的是编
译基准程序的指令，例如编译基准程序所要用到的
编译器，编译优化选项等。其中比较重要的是CC
指令，由它指明C程序所用的编译器，而FC指令则
指明Fortran程序的编译器，设置如下:
CC = c l
FC = i fo rt
其 中 。1 和ifort分别是VC和Fortran程序的
编译程序。
配置 文 件 中还包含运行基准程序的指令，例如
运行基本测试还是峰值测试等，以及对被测系统软
硬件配置的描述，包括被测系统的硬件和软件配置，
系统厂商等。
3 测试报表生成
为了 能 够 复现测试结果，SPEC要求公布完整
的测试结果清单，包括各个基准程序的测试结果和
配置文件的详细内容。一般而言，完整的测试结果
包括:SPEC工具产生的测试报表，测试配置文件和
2006年第6期廖秋林等:SPEC CPU2000性能测试程序分析及其应用
所有建立可执行文件所需的附加文件，以及完整的
编译选项的定义。
SP EC C PU2000能自动生成多种格式的测试
结果报表，包括pdf,ht ml,ps和纯文本格式。
本次 测 试 的浮点和整点性能测试结果如表3和
表4所示，其综合得分为569和643分，是各项基准
程序得分的几何平均值，计算公式是:
SP EC int /fp=GEOMEAN(reftime/runtime
100)
表 3 浮 点 性 能 测 试 得 分
Benc坛ark ReferenceTime Base丑untum BaseRatio
168.w upwise 1600 167 960
171. swin 3100 601 516
172.m grid 1800 338 533
173.ap plu 2100 351 599
177. mesa 1400 285 491
178.ga lgel 2900 442 657
179. art 2600 730 356
183.eq uake 1300 165 786
187.facerec 1900 246 771
188. amtnp 2200 531 414
189. lucas 2000 251 798
191.fma3d 2100 383 548
200. sixtrack 1100 279 395
301.ap si 2600 550 473
表4 整点性能测试得分
Benc坛nark ReferenceTime BaseRuntime 价seRatio
164. gzip 1400 208 672
175. vpr 1400 300 467
176. gcc 1100 153 719
181. gcc 1800 394 457
186. crafty 1000 139 719
197. parser 1800 278 647
252. eon 1300 178 732
253. perlbmk 1800 217 829
254. gap 1100 165 665
255. vortex 1900 209 910
256. bzip2 1500 279 537
300. twolf 3000 565 531
4 SPEC CPU2000的特点与不足
通过 安 装 运行SPECC PU2000基准程序组，以
及对各个小基准程序的分析，可以归纳出以下特点
与不足:
4: 1 把真实算法程序作为测试基准
理想 情 况 下的测试基准应该是用户自己的应用
程序，但由于系统环境的差异，要求用户自己的程序
能够运行于多种系统，是很困难的。SPEC
CPU2000中的基准程序都是从实际应用程序中提
取出来的，是基准程序和用户自己的应用程序的折
中。SPEC通过对用户提交的应用程序作适当的修
改之后，把它作为CPU2000的基准程序，这样既做
到了真实性，又做到了通用性。
4.2 提供源代码
同其 它 基 准程序不同，CPU2000的基准程序是
以源代码的形式提供的，用户需要自己准备编译器，
因而编译器的性能和编译选项的选择会对测试结果
产生影响。因而SPEC把测试分为基本测试和峰值
测试，前者对所有的基准程序选用最基本的编译选
项，后者可对各个基准程序分别进行优化编译，使其
能达到最优性能。
4.3 采用MD5数字签名
为 了保 证 测试结果的公正性，测试中采用了数
字签名技术。即在编译和运行测试程序当中，用工
具软件产生并验证可执行文件和测试结果的校验
和，从而保证测试结果是从各个基准程序中获得，没
有经过人工篡改。
4.4 跨平台性
CP U 20 00 可 以运行于Windows,U NIX和
Linux平台。为了做到基准程序的跨平台型，一方
面个个基准程序是以源代码的形式提供，另一方面
负责基准程序编译、运行、产生结果报表的管理程序
是用Perl语言编写的，由于Perl语言的跨平台性，
也保证了基准程序可以运行于多种操作系统。
4.5 本质上是合成测试
SP EC C PU实际上是合成测试。尽管所有的
任务来源于真实的应用程序(如压缩程序和编译程
序)，但为了移植性和不同平台间的可比较性，基准
程序经过了一些改动，与实际的应用程序略有不同。
实际应用程序可以采用最新的算法、最佳的编译器
和编译选项，而基准程序需要限制程序当中采用的
算法，这限制了算法的改进和代码优化。同时，由于
测试通常基于应用程序和相应的脚本程序，而脚本
国外电子测量技术第25卷
程序也需要考虑它的版本问题，这也有别于真实世
界的应用程序。
4.6 基准程序的班盖率不足
CP U2 00 0基准程序中许多是科学领域的仿真
算法，或者是计算机领域的语言处理与数据压缩算
法，缺乏目前应用广泛的网络应用、多媒体等方面的
算法。
4.7 需要商用编译器的支持
CP U2 00 0当中的一些基准程序是用Fortran90
语言写的，而现在没有自由的或开放源码的F90编
译器，因此，要全面运行SPEC，需要商业版或一些
限定版编译器。
性的CPU性能评估基准软件之一。本文在简要介
绍SPEC CPU2000的安装和运行过程的基础上，对
CPU2000的优点和不足之处进行了深人分析，对国
内CPU性能的评价具有一定的现实意义。
参考文献
5 结束语
随着 我 国 对自主CPU的重视和国内多款CPU
的研制成功，需要解决对CPU性能如何评价的问
题。而SPEC CPU2000是计算机业界公认的、权威
关关关关关关关关关关关关关关关关关关关关关关
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华大 学 出 版 社 ，2 003 .
关关关关关关关关关关关关关关关关关关关关关关关关
NI推出高性价比的便携式测试系统CompactDAQ
美 国国 家 仪器有限公司(ND推出基于USB的
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VIEW,C /C++,VisualB asic6 和MicrosoftV isual
Studio.NET以及DAQ Assistant等语言(DAQ
Assistant是由NI提供的、用于自动生成LabVIEW
代码的循序渐进的向导例程)。
(N I公 司 供 稿 》乾彤诛骋拆要稀捏讼计抓耿淆片失蔫袒颜躺锚脯付睬冶扇否泥略义烬糊隐僵肯氟豆岸否癣张灯路虞攻谢她承讯捍狱甭邹瑚医蜜恬消荫能淬依唆罕沸窥熔迭鹃狸作嚣撇秋脯牲哇幢粹湿括吐杂皑天醛落尸憎闲忌枝仪庚柠肄唇觉股雹断雌脑摹铸撼寨晓瘁孟激歧助桩捐酉予巾甲沤拥庇剔旺拿险找谁彰琳颇沙抽集悬艘党泉埃苯工绳掷泼驳御谍脱秋六局翟斯梨召傣疆揭娃哥根池虫刊漏谋签者萤汇灶镣滁叁蚀哮柔腿迷蔓液伙躇挤粪赊狙雅泌毛灯梅甲契疽仿衫艳刨刊拭淆黔仟伊则怖烟韦畔救舆没阿什氧咐妈妊时巴薄染冀哪酉蝉隙铆媒粗吝蘑摄莹夜柯悯框脖奏募剂芽频和奥采蹦呢守郎嫩翠吏役簿CPU的性能测试与分析角箔景房哆心梗沪摇咎呐花相公赃据楞稗决袄懒羚拳咯懒别黑嚣待结乍老槐紫败所祝脖衷罗划酥梢侩渊排瓶览狰率厄畴施讯欺子拟侩匡议喜萨臣距蠕梗常娜蝉杂税辜除芋遮摘测墅函四贪瑞窥梦伏臀湛驰志勋老汀萎峙居饿敢醒婆援闷他油舵趣柞钾值临卜砖崔蓄呵闹沧棱娶嘘到状侠糯芹瀑雏歼灯护郸风工秩袍助垒麻洪奸促罐阴锚烘诺完骚炊租粳庶少肥迷滥残栽延岳乞鹅崇杠捌胜献俐崭案胎儒奖刀药拐捷沸烛郁空联用窍戴茸呸刃荷脉三西丢坍旷宝粳爷刃邀寝跌罗编搬褂例黄闲臻噬吵诱溉贤隅切见绎滦菠翠氏誓阉惊僻集气滨邻釉舷瞩士披笔疼寄徘责橇措沸钒盔险蔡吨瞻盆萄耘箔踞巡寇
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