Igor Ostrovsky 在他的博客“处理器缓存效果画廊”中针对 Apple M1 硅 CPU 的示例 2 的不一致

问题描述

我使用最小可重现示例 (MRE) 复制了 Igor Ostrovsky 的博客“Gallery of Processor Cache Effects”中提到的示例 2，以测量每个 K 的运行时间.博客中的K与以下MRE中的变量STEP相同：

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;

public class DemonstrateCachingAndDataPrefetching {


    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //Fetching environment from command line arguments.
        String environment = args[0];

        //Integer array of predefined size (chosen randomly) and acts as the prime data for the experiment.
        int[] arr = new int[64 * 1024 * 1024];

        //Domain for the values of STEP
        int[] STEP_DOMAIN = new int[]{1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048,4096,8096};

        //Map to store the cumulative runtime for each value of STEP.
        TreeMap<Integer,Long> map = new TreeMap<Integer,Long>();

        //Number of times the runtime is computed for each value of STEP and then is averaged out.
        int RUNS = 1000;

        for (int STEP : STEP_DOMAIN){

            //Initializing the cumulative time for each value of STEP to 0.
            map.put(STEP,(long)0);

            for(int run = 0; run < RUNS; run++){

                long startTime = System.nanoTime();

                    //Generalized Task
                    for (int i = 0; i < arr.length; i += STEP){
                        arr[i] *= 3;
                    }

                long estimatedTime = System.nanoTime() - startTime;

                long cumulativeTimeForStep = map.get(STEP);
                cumulativeTimeForStep += estimatedTime;
                map.put(STEP,cumulativeTimeForStep);
            }
        }

        FileWriter myWriter = new FileWriter(String.format("results-%1$s.csv",environment));
        myWriter.write("STEP,RUNTIME\n");
        for(Map.Entry m:map.entrySet()){

            Double averageValue = Double.parseDouble(m.getValue()+"");
            averageValue /= (double)RUNS;
            myWriter.write(m.getKey() + "," + String.format("%.02f",averageValue) + "\n");
        }
        myWriter.close();
    }
}

我使用 sysctl 检查了 Apple M1 cpu 的缓存线大小。它返回128 Bytes，如下图所示：

问题：

由于缓存行大小为 128 字节，JAVA 中的整数大小为 4 字节，因此对于变量 STEP = {4,32} 的值，运行时应该几乎相同，并且64 如果支持数据读取。

但是，STEP = 32 的运行时间值明显大于变量 STEP = {8,64} 的运行时间值，如图所示如下图：

如果是 Intel cpu，变量 STEP = {8,64} 的值的运行时间将几乎相同（因为缓存行大小是128 字节）。 但是，Apple M1 cpu 并非如此。

对这种不一致的任何暗示表示赞赏。

解决方法

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