OpenBLAS在s390x架构Z13内核上的测试失败问题分析

问题背景

在OpenBLAS项目中，开发者发现当代码运行在s390x架构的Z13内核上时，扩展测试套件openblas_utest_ext会出现一系列测试失败的情况。这个问题在Fedora 38系统上使用gcc-13.2.1-4编译器构建时尤为明显，而在ZARCH_GENERIC和Z14内核上则表现正常。

问题表现

测试失败主要集中在几个关键函数上：

1. 单精度和双精度求和函数（ssum/dsum）：

   • 在步长为1的情况下（step_1），当N=50时，预期结果为0，实际得到50
   • 在N=4时，预期结果与实测结果差异显著（如3.2 vs 7.6）

2. 复数求和函数（scsum/dzsum）：

   • 在N=50时，预期结果为0，实际得到100
   • 在N=5时，预期11.1，实际得到36.9
   • 在N=4时，预期-0.2，实际得到18.2

3. 矩阵复制函数（cimatcopy）：

   • 在特定配置下会出现"double free or corruption"错误并导致程序中止

根本原因

经过分析，问题的根源在于Z13内核的SUM内核函数配置存在错误。在KERNEL.Z13配置文件中，所有的SUM内核函数都被错误地指向了对应的ASUM内核函数，导致计算结果出现系统性偏差。

ASUM（绝对值和）函数与SUM（普通求和）函数的计算逻辑存在本质区别：

• ASUM计算的是向量元素的绝对值之和
• SUM计算的是向量元素的代数和

这种错误的函数映射导致了测试中观察到的所有数值计算错误。

解决方案

修复方案相对直接：需要修正KERNEL.Z13配置文件中的函数映射关系，确保：

1. SUM函数正确指向求和实现
2. ASUM函数保持指向绝对值求和实现

对于矩阵复制函数的中止问题，已在后续提交中修复，说明这是一个独立的问题。

技术启示

这个问题揭示了几个重要的技术要点：

1. 架构特定优化的重要性：不同CPU架构需要特定的内核函数实现，配置错误会导致严重后果

2. 测试覆盖的必要性：需要确保测试覆盖所有支持的架构变体，包括：

   • Z13
   • Z14
   • ZARCH_GENERIC

3. 数值计算验证：对于BLAS库这类数学计算库，必须严格验证：

   • 基本算术运算
   • 特殊函数实现
   • 边界条件处理

最佳实践建议

对于开源数学库的维护和开发，建议：

1. 建立全面的架构测试矩阵
2. 实现自动化构建和测试流程
3. 对数值计算结果进行严格验证
4. 保持清晰的函数映射文档
5. 定期审查架构特定优化代码

这个问题虽然看似简单，但深刻展示了底层数学库开发中架构适配的重要性，以及全面测试的必要性。