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BLIS项目中Haswell内核在GCC 15下的编译问题解析

2025-07-01 09:32:56作者:冯梦姬Eddie

问题背景

BLIS(BLAS-like Library Instantiation Software)是一个高性能的基础线性代数子程序库实现。近期在x86_64架构下使用GCC 15预发布版本编译时,Haswell内核出现了编译错误。这个问题主要影响gemmsup(GEMM小矩阵优化)内核的编译过程。

错误现象

编译过程中,GCC 15报出以下关键错误信息:

error: bp cannot be used in 'asm' here

这个错误出现在多个Haswell内核文件中,包括:

  • bli_gemmsup_rv_haswell_asm_d6x8m.c
  • bli_gemmsup_rv_haswell_asm_d6x8n.c
  • bli_gemmsup_rv_haswell_asm_s6x16m.c
  • bli_gemmsup_rv_haswell_asm_s6x16n.c

错误导致编译过程终止,无法生成目标文件。

技术分析

根本原因

这个问题源于GCC 15对内联汇编处理的改进。具体来说:

  1. rbp寄存器限制:GCC 15加强了对基指针寄存器(rbp)使用的限制,防止在内联汇编中不当使用这个寄存器。

  2. 向量化优化冲突:GCC的树SLP(Superword Level Parallelism)向量化优化与内核代码中的内联汇编使用方式产生了冲突。

影响范围

这个问题主要影响:

  • 使用Haswell微架构优化的内核代码
  • 涉及小矩阵乘法优化的gemmsup内核
  • 使用GCC 15及以上版本编译的环境

解决方案

开发团队评估了多种解决方案后,最终确定了以下修复方案:

方案一:禁用SLP向量化优化

通过添加编译指示:

#pragma GCC optimize("-fno-tree-slp-vectorize")

这个方案直接解决了GCC 15的向量化优化与内联汇编的冲突问题。

方案二:移除rbp寄存器使用

另一种考虑是彻底移除内核代码中对rbp寄存器的使用,但这种方法需要更广泛的代码修改。

验证结果

修复方案已在以下环境中验证通过:

  • Zen3架构处理器(使用Haswell内核)
  • Coffee Lake架构处理器(原生Haswell微架构)
  • GCC 15.1.1版本

测试结果表明:

  • 编译过程顺利完成
  • 快速测试套件全部通过
  • 性能表现符合预期

技术启示

这个问题为我们提供了几个重要的技术启示:

  1. 编译器兼容性:高性能计算库需要密切关注编译器版本的更新,特别是对低层次优化的改进。

  2. 寄存器使用规范:在内联汇编中应谨慎使用特定寄存器,特别是像rbp这样的特殊用途寄存器。

  3. 优化控制:有时需要精细控制编译器的优化行为,以平衡性能与兼容性。

结论

BLIS团队通过添加特定的编译优化控制指令,有效解决了Haswell内核在GCC 15下的编译问题。这个修复既保持了代码的兼容性,又确保了性能不受影响,体现了高性能计算库开发中对细节的精确把控。

对于使用BLIS库的开发者,建议在升级到GCC 15时同步更新BLIS代码库,以确保编译过程的顺利进行。

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