Sind Ganzzahlberechnungen auf modernen CPUs immer noch schneller als Gleitkommaberechnungen?

Gleitkomma- und Ganzzahlberechnungen auf moderner Hardware: Ein Geschwindigkeitsvergleich

In der Welt der leistungskritischen Programmierung ist die Idee, dass Ganzzahlberechnungen dass die Berechnungen von Natur aus schneller sind als Gleitkommaberechnungen, ist seit langem eine weit verbreitete Meinung. Ist diese Annahme jedoch angesichts der heutigen exponentiell leistungsstärkeren CPUs immer noch gültig?

Der Mythos und die Realität der Vorherrschaft ganzer Zahlen

Ganzzahlberechnungen, oft verbunden mit Operationen mit ganzen Zahlen galten traditionell als schneller, da in frühen Computerdesigns kein Gleitkomma-Coprozessor vorhanden war. Moderne CPUs verfügen jedoch über hochoptimierte Gleitkomma-Ausführungseinheiten und Caches, sodass der Geschwindigkeitsunterschied vernachlässigbar ist.

Benchmarking für genaue Bewertung

Um diese Behauptung zu überprüfen, wurden verschiedene Benchmarking-Tests durchgeführt Studien wurden durchgeführt. Ein solcher Benchmark, wie in der bereitgestellten Antwort dargestellt, vergleicht die Leistung von Additions-/Subtraktions- und Multiplikations-/Divisionsoperationen mit Ganzzahl- und Gleitkommazahlen unter Verwendung der Funktion mygettime(), um die Ausführungszeiten zu messen. Die Ergebnisse waren aufschlussreich:

Ergebnisse zu moderner Architektur

Processor	ALU/FPU Operation	Time (microseconds)
Intel Xeon X5550	Integer add/sub	1.005460
Intel Xeon X5550	Integer mul/div	3.926543
Intel Xeon X5550	Float add/sub	0.993583
Intel Xeon X5550	Float mul/div	1.821565

Wie der Benchmark zeigt, sind Gleitkommaoperationen entweder vergleichbar oder sogar etwas schneller als Ganzzahloperationen auf einer modernen Intel-Architektur. Interessanterweise zeigen die Ergebnisse, dass Ganzzahlmultiplikation und -division deutlich langsamer sind als andere Operationen.

Faktoren, die die Geschwindigkeit beeinflussen

Es ist wichtig zu beachten, dass Hardwarearchitektur, Compileroptimierungen usw Befehlsabhängigkeiten können sich alle auf die Geschwindigkeit von Vorgängen auswirken. Bei Pipeline-Designs, bei denen mehrere Anweisungen gleichzeitig ausgeführt werden können, spielt die Anzahl der verfügbaren ALUs und FPUs pro Kern eine entscheidende Rolle bei der parallelen Operationsausführung.

Auswahl des richtigen Ansatzes

Während die genaue Geschwindigkeit von Gleitkomma- und Ganzzahlberechnungen abhängig von bestimmten Faktoren variieren kann, ist es klar, dass die Annahme einer ganzzahligen Überlegenheit veraltet ist. Die Wahl zwischen Ganzzahl- und Gleitkommaoperationen sollte auf der inhärenten Natur des Problems und den Präzisionsanforderungen basieren.

Für numerische Berechnungen, die eine hohe Genauigkeit erfordern, wird Gleitkommaarithmetik bevorzugt, während Ganzzahloperationen weiterhin geeignet sind für ganzzahlige Probleme oder Situationen, in denen Präzision weniger wichtig ist.

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