Intel Fortran编译工具ifort和ifx

2024-11-30
#Fortran #Parallel

注意⚠️：

Intel® Fortran Compiler Classic (ifort) is discontinued as of this release (version 2025.0).1

1. 简介

  • Intel® Fortran Compiler Classic (IFORT)：传统的 Fortran 编译器，支持经典的 Fortran 标准（如 Fortran 77、90、95、2003、2008）

  • Intel® Fortran Compiler (IFX)：新一代基于 LLVM 框架的 Fortran 编译器，支持最新的 Fortran 标准（如 Fortran 2018 和未来版本）

Intel® oneAPI 工具包包括了IFORT和IFX。

2. ifort 选项

ifort 成熟：适合需要完全兼容现有 Fortran 代码的场景。

基础选项：

  • -c：只进行编译，生成目标文件（.o），不进行链接
  • -o <filename>：指定生成的可执行文件名称
  • -I<directory>：指定模块文件（.mod 文件）或头文件的搜索路径
  • -L<directory> 和 -l<library>：指定库的搜索路径和链接库
  • -static：生成静态链接的可执行文件，避免依赖动态库

优化选项：

  • -O0：关闭优化（默认设置，适合调试）
  • -O1：基础优化，适合对编译时间敏感或有大量分支的代码
  • -O2：通用优化（推荐），优化循环、不变代码外提、指令调度等
  • -O3：高等级优化，适合需要最大化性能的程序，包括计算密集型程序、矢量化和内存访问优化
  • -xHost：生成专为运行平台优化的代码，针对本地 CPU 的特定架构优化
  • -ipo：启用跨文件优化（Interprocedural Optimization），进一步提升性能
  • -fast：启用多项性能优化选项（-O3、-ipo、-xHost 等）

并行化和矢量化选项：

  • -parallel：启用自动并行化功能，适合多核 CPU
  • -qopenmp：启用 OpenMP 支持，需要代码中包含 OpenMP 指令
  • -coarray：启用 Fortran Coarray 支持（需要 Fortran 2008 标准）
  • -reduction：优化特定的并行循环归约操作
  • -vec：启用矢量化优化（默认启用）
  • -fma：启用 Fused Multiply-Add 指令以提升浮点计算效率（如果硬件支持）

调试选项：

  • -g：生成调试信息，用于 GDB 或 Visual Studio 调试。
  • -traceback：在程序崩溃时生成函数调用堆栈信息，有助于定位问题
  • -check：检查代码中的潜在问题
    • -check all：启用所有检查（数组越界、未初始化变量等）
    • -check bounds：检查数组下标越界
    • -check uninit：检查未初始化变量
  • -warn：控制编译器警告
    • -warn all：启用所有警告
    • -warn none：禁用所有警告
    • -warn unused：警告未使用的变量

语言标准相关：

  • -stand：检查代码是否符合特定的 Fortran 标准
    • -stand f77：检查 Fortran 77 标准
    • -stand f95：检查 Fortran 95 标准
    • -stand f08：检查 Fortran 2008 标准
  • -free：以自由格式解析源代码（默认支持 .f90 文件）。
  • -fixed：以固定格式解析源代码（默认支持 .f 文件）

高级选项：

  • -reentrancy：控制线程安全模式
    • -reentrancy threaded：启用多线程模式
    • -reentrancy none：关闭多线程模式
  • -heap-arrays：将大数组分配到堆中而不是栈中
  • -fpp：启用 Fortran 预处理器，允许使用宏定义（类似于 C 的 #define 等）
  • -module <dir>：指定生成的 .mod 文件存放路径

链接相关：

  • -shared：生成动态库（共享库）
  • -static：生成静态链接的可执行文件
  • -nolib-inline：禁用内联库代码优化

错误处理和诊断：

  • -diag-enable 和 -diag-disable：控制特定诊断信息的显示
  • -diag-file <filename>：将诊断信息输出到指定文件

其他实用选项：

  • -qopt-report：生成优化报告，便于分析编译器的优化行为
  • -save：将所有局部变量设为静态存储（与 Fortran 77 中的行为类似）
  • -zero：将未初始化变量初始化为 0（仅用于调试）

3. ifx 选项

ifx 适合现代化应用：比如异构计算、GPU 支持和最新 Fortran 特性。基本选项同ifort。不同点如下：

优化选项：

  • -march=<arch>：针对指定架构优化（如 x86-64, skylake, cascadelake 等）
  • -fma：启用 Fused Multiply-Add（硬件支持时），提升浮点计算性能

GPU 和异构计算：

  • -fsycl：启用 SYCL 支持，用于 oneAPI GPU 编程
  • -offload=<device>：指定代码运行的目标设备（如 cpu, gpu 等）
  • -fiopenmp-targets：针对 OpenMP target 并行运行，支持 GPU 或其他设备

语言标准相关：

  • -stand：检查代码是否符合特定的 Fortran 标准
    • -stand f18：检查 Fortran 2018 标准（默认支持）
    • -stand f08：检查 Fortran 2008 标准

预处理器选项：

  • -fpp：启用 Fortran 预处理器，支持宏定义等

其他实用选项：

  • -qopt-zmm：启用宽矢量寄存器优化（适合 AVX-512 支持的硬件）

4. 常用场景编译示例

开启调试模式：

ifort -g -traceback -check all source.f90 -o debug_program

生成高性能程序：

ifort -O3 -ipo -xHost source.f90 -o fast_program

并行化：

ifort -qopenmp -parallel -O3 source.f90 -o parallel_program

启用 OpenMP 并行：

ifort -qopenmp source.f90 -o parallel_program

检测潜在错误：

ifort -check all -warn all -g source.f90 -o safe_program

编译静态库：

ifort -c module1.f90 module2.f90
ar rcs libmylib.a module1.o module2.o
  • 使用 -c 编译为目标文件（.o）。
  • 使用 ar 创建静态库。

链接外部库：

ifort program.f90 -L/path/to/library -lmylib -o linked_program
  • -L：指定库路径。
  • -l：链接库名称。

执行程序：编译完成后，运行生成的可执行文件

./output

调试代码：

ifx -g -traceback -check all source.f90 -o debug_program

性能优化：

ifx -O3 -ipo -xHost source.f90 -o optimized_program

启用 GPU 加速：

ifx -fsycl source.f90 -o gpu_program

生成共享库：

ifx -shared -o libmylib.so source.f90

5. 延伸阅读

  1. Intel® Fortran Compiler Developer Guide and Reference
  2. Intel® Fortran Compiler for oneAPI Release Notes
  3. Get Started on Linux