ICC GCC傻傻分不清?聊一聊編譯器那些事兒

　　CPU這東西，大家除了關(guān)注工藝、主頻、核心數(shù)量等規(guī)格信息之外，更在意的應(yīng)該就是性能表現(xiàn)了。反應(yīng)CPU性能的測試可謂是相當(dāng)多樣，但要說起最權(quán)威的，那就不得不提SPEC CPU測試了。

　　SPEC的全稱是Standard Performance Evaluation Corporation，翻譯過來是標(biāo)準(zhǔn)性能評估組織，它是一個(gè)全球性的第三方非營利性組織，由計(jì)算機(jī)廠商、系統(tǒng)集成商、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、咨詢等多家公司組成，目標(biāo)是建立、維護(hù)一套用于評估計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　在CPU性能測試上，SPEC CPU 2006是SPEC組織推出的最新版的軟件(上一個(gè)版本SPEC CPU 2000已經(jīng)基本沒有人用了)，同時(shí)也是最受行業(yè)認(rèn)可的測試軟件。SPEC CPU 2006包括了CINT2006和CFP2006兩個(gè)子項(xiàng)目，前者用于測量和對比整數(shù)性能，而后者則用于測量和對比浮點(diǎn)性能。在各種處理器的SPEC CPU 2006測試結(jié)果上，我們往往會(huì)看到ICC或是GCC的字樣，那么ICC和GCC又分別代表什么呢?

什么是ICC/GCC?

　　ICC：全稱Intel C++ Compiler，是Intel開發(fā)的C/C++/Fortran編譯器套裝，適用于Linux、Microsoft和Mac OS X操作系統(tǒng)，沒有非IA指令集版本(就是說僅供x86架構(gòu)CPU使用)。ICC廣泛應(yīng)用于高性能計(jì)算、分布式計(jì)算等商業(yè)計(jì)算領(lǐng)域，其向量化和并行化性能是業(yè)界的標(biāo)桿，能夠充分發(fā)揮現(xiàn)代處理器的特性。

　　ICC編譯器套裝提供兩個(gè)版本，針對高性能計(jì)算機(jī)測試采用前者，而后者面向嵌入式及移動(dòng)設(shè)備

　　GCC：全稱GNU Compiler Collection，GNU編譯器套裝，是廣泛應(yīng)用的Linux系統(tǒng)的默認(rèn)編譯器(特別是用于編譯Linux內(nèi)核)。GCC能夠支持多種架構(gòu)的處理器，跨平臺特性相對出色。不過，GNU組織要求全部的代碼由自己完成(防止版權(quán)問題)，所以GCC雖然有廣泛的硬件支持，但是在各硬件平臺上卻并不是性能最優(yōu)的編譯器。

GCC官方LOGO

到底啥是編譯器?

　　所謂編譯器，就是將“一種語言(通常為高級語言)”翻譯為“另一種語言(通常為低級語言→匯編語言)”的程序。它的主要工作流程：

　　高級語言源代碼→預(yù)處理器→編譯器→匯編語言，匯編語言再經(jīng)過匯編器→目標(biāo)文件→鏈接器生成可執(zhí)行程序。

　　在這個(gè)流程中，高級語言指的就是源代碼，如Pascal、C、C++、fortran、Java等，而目標(biāo)文件指的是包含CPU可以執(zhí)行的二進(jìn)制指令的集合。也就是說，編譯器起到的作用就是將程序源代碼“翻譯”成匯編語言，既然是“翻譯”工作，往往就有Good和Better的區(qū)別，而從上面的介紹我們能夠看出，不同的操作系統(tǒng)，能夠使用的編譯器是不同的，那這個(gè)編譯效率自然也就存在差異。

　　同時(shí)，CPU也是區(qū)分不同架構(gòu)的，比如x86、MIPS、ARM、Power等等，不同架構(gòu)的CPU往往運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，如x86架構(gòu)CPU可以運(yùn)行Windows、Linux(Android)和Mac OS X，而MIPS等其他架構(gòu)CPU往往只能運(yùn)行基于Linux開發(fā)的操作系統(tǒng)。

　　所以，不同架構(gòu)的CPU，根據(jù)適合的操作系統(tǒng)，在SPEC CPU測試過程中編譯器的選擇上是不一定是唯一的，而選擇哪一種編譯器，站在CPU研發(fā)者的角度上，無疑會(huì)選擇能讓CPU性能發(fā)揮到最大的編譯器。

　　通過前面對ICC和GCC的解讀，不難看出兩者的區(qū)別。ICC和GCC都可以運(yùn)行在Windows和Linux下，Intel是x86架構(gòu)CPU的老大，配合x86架構(gòu)CPU開發(fā)了ICC，能夠最大程度的發(fā)揮出x86架構(gòu)CPU的真實(shí)性能。GCC能夠配合更多種類架構(gòu)的CPU加以使用，適用平臺更廣，但從CPU性能發(fā)揮的角度上看，大而廣很難和專而精比拼。

　　但是，綜合x86 CPU和Windows系統(tǒng)的市場占有率這兩個(gè)因素來看，在CPU測試過程中，ICC和GCC的采用率又是怎樣呢?

第三方商業(yè)機(jī)構(gòu)更多采用ICC，GCC寥寥無幾

　　SPEC官網(wǎng)上公布著大量的專業(yè)機(jī)構(gòu)測試結(jié)果供大家研究分析，筆者選定了全部的整數(shù)單任務(wù)測試結(jié)果進(jìn)行分析，通過爬蟲抓取了約8600個(gè)測試結(jié)果，并對測試中使用的編譯器進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：

　　結(jié)果是使用ICC編譯器的測試結(jié)果高達(dá)95%，而GCC不足0.1%。這些測試結(jié)果基本都是獨(dú)立的第三方商業(yè)機(jī)構(gòu)的測試結(jié)果，具有很高的參考價(jià)值。數(shù)據(jù)顯示，ICC編譯器的使用在SPEC CPU 2006測試中具有壓倒性的優(yōu)勢，而GCC則幾乎沒有商業(yè)機(jī)構(gòu)使用。

　　上述統(tǒng)計(jì)還反映了一個(gè)事實(shí)，就是Intel和AMD的x86架構(gòu)處理器在桌面及服務(wù)器領(lǐng)域的壟斷性優(yōu)勢。而從其中非x86架構(gòu)CPU的測試結(jié)果來看，僅剩的數(shù)個(gè)測試成績，Power、Sparc全部使用的是針對自家指令集優(yōu)化過的編譯器，而非GCC，這也側(cè)面反映了GCC“大而廣”的一些問題。

　　產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因要從SPEC CPU測試成績產(chǎn)生方法來說起：SPEC組織使用一臺1997年的Ultra Enterprise 2主機(jī)(處理器為296MHz UltraSPARC II Processor)作為參考對象，在其上運(yùn)行了全部的SPEC CPU 2006子測試，并把每一項(xiàng)的測試結(jié)果的用時(shí)(中間數(shù))定位系數(shù)1。

　　實(shí)際測試中，假定被測試的CPU運(yùn)行某項(xiàng)子測試的用時(shí)為A，而Ultra Enterprise 2主機(jī)同一項(xiàng)子測試用時(shí)為B，則用B/A，即可得到被測試CPU該項(xiàng)子測試的成績，而各子測試成績的幾何平均值記為總成績。

　　即SPEC各子項(xiàng)成績是相對于Ultra Enterprise 2計(jì)算出來的(Ultra Enterprise 2各項(xiàng)成績計(jì)為1，總分也是1)。

　　從中可以看出的是，作為參考成績的測試結(jié)果也并沒有使用GCC，而是Sparc自家的編譯器。

ICC GCC哪個(gè)更好?

　　實(shí)際上，SPEC CPU測試的是應(yīng)用程序的運(yùn)行時(shí)間，這個(gè)是被測機(jī)器處理器、緩存、內(nèi)存、編譯器、操作系統(tǒng)等等部分性能的綜合體現(xiàn)，并不是某個(gè)編譯器或者某個(gè)CPU的單獨(dú)測試結(jié)果，而且軟硬件平臺綜合體現(xiàn)的結(jié)果，即按照官方規(guī)則正確跑出來的分都是可比的。SPEC CPU測試結(jié)果追求的是程序運(yùn)行用時(shí)越短越好，測試成績的優(yōu)劣固然重要，但是編譯器的真正的用途是“翻譯語言”，在同樣的硬件平臺(CPU)下，“翻譯”的越快就可以理解為應(yīng)用啟動(dòng)或進(jìn)行某種運(yùn)算的用時(shí)更少，這就是選擇編譯器的重要性，也是現(xiàn)代應(yīng)用優(yōu)化的方向。

　　拿ICC和GCC相比，ICC是針對x86架構(gòu)CPU使用的編譯器，ICC在現(xiàn)代高性能計(jì)算領(lǐng)域廣泛使用的向量化、并行化能力較強(qiáng)，而GCC作為跨平臺性的編譯器，在這方面性能較差，但是針對某些偏門的CPU指令集而言，GCC是唯一的選擇。

　　ICC、GCC兩者廣泛應(yīng)用于商業(yè)環(huán)境中、都會(huì)被應(yīng)用于處理器、OS及編譯器開發(fā)、測試之中。有些愛好者擔(dān)心ICC過度優(yōu)化，結(jié)果不準(zhǔn)確，其實(shí)這大可不必。SPEC CPU是有嚴(yán)格的測試標(biāo)準(zhǔn)的，每一項(xiàng)測試都要求嚴(yán)格和參考結(jié)果一致，任何過度優(yōu)化導(dǎo)致的程序計(jì)算錯(cuò)誤都不會(huì)被計(jì)算在結(jié)果之中。實(shí)際上，ICC在多年的高性能計(jì)算領(lǐng)域已經(jīng)證明了自己的可靠性，而GCC在過往版本中，也會(huì)有編譯出錯(cuò)、計(jì)算結(jié)果不正確等現(xiàn)象。

ICC GCC區(qū)別好比如此 懂得人自然懂

　　最后筆者想要強(qiáng)調(diào)的是，硬件平臺性能發(fā)揮需要合適的編譯器來加以配合，合適的才是最好的，如果編譯器不能合理使用，那又有何意義呢?