Jour 3 — Fortran sur CPU

24 juin 2026 · Intervenant : Vincent Lafage (IJCLab) · Auditorium Marcel Vivargent + sites satellites (dont la CINERI) · au déjeuner, visite du Musée du LAPP. Le TP du jour vit dans GrayScott2026/day-3-a/ — CPU uniquement : les dossiers GPU/ et CUDA/ du même dépôt serviront au Jour 8.

Session du matin — Fortran moderne, le langage des tableaux

1. Fortran moderne

Le cours s'ouvre sur une démonstration par l'exemple : le dossier Annexe/ contient le même programme en FORTRAN 66 (obact66.f) et en Fortran 95 (obact95.f90), ainsi qu'un exemple historique de code non structuré (spaghetti.f) et sa version restructurée (unspaghetti.f). Le langage de 1957 est devenu un langage moderne — modules, interfaces génériques, coarrays — sans perdre sa spécialité : les tableaux numériques.

2. Column-major — le piège venu du C

Première différence structurante avec le C/C++ : l'ordre mémoire.

Tout ce qu'on a appris au Jour 2 sur le parcours mémoire reste vrai — mais inversé : en Fortran, la boucle interne doit parcourir la première dimension. Un réflexe C recopié tel quel divise le débit.

3. Le solveur en quatre modules

Le Gray-Scott du TP est découpé proprement (src/) :

Le stencil du Laplacien est choisi parmi quatre variantes (isotropie vs précision) :

4. Dire son intention au compilateur

Les mots-clés modernes sont des promesses que le compilateur sait exploiter : pure / elemental (pas d'effet de bord), contiguous (mémoire dense), do concurrent (itérations indépendantes — la clé des Jours 8-9), et les opérations tableau (sum(stencil * U(i-1:i+1, j-1:j+1))) qui disent quoi calculer, pas comment.

Session de l'après-midi — Précision, flags, variantes

5. La précision en une ligne

Le module de précision du TP tient en trois lignes :

module floating_point_precision
  use, intrinsic :: iso_fortran_env, only: pr => REAL32
end module

Changer REAL32 en REAL64 bascule tout le solveur. Ce qu'on échange :

6. La sommation compensée

L'ordre de sommation change le résultat flottant. Le TP implémente les quatre remèdes classiques (Solutions/compensated_summation.f90 — interfaces génériques 1D/2D) :

7. L'exercice des flags — mêmes sources, ×6 à ×8

Le script run_flags_exo.sh du TP fait la démonstration de bout en bout, mesures à l'appui :

1. Détecter le SIMD du CPU (/proc/cpuinfo : AVX2 ? AVX-512 ?) ;
2. C : speedcbrtf.c compilé scalaire (-O2 -fno-tree-vectorize) puis natif (-Ofast -march=native -ftree-vectorize -mrecip …) — on compte les registres ymm dans le binaire (objdump | grep -c ymm) pour prouver la vectorisation ;
3. Fortran : gfortran -fopt-info-vec affiche les boucles vectorisées, et -fopt-info-vec-missed explique pourquoi une boucle est refusée.

cd GrayScott2026/day-3-a
pixi run bash run_flags_exo.sh    # « les mêmes sources, ×6-8 selon les flags »

Ce sujet est repris en clôture du Jour 9 (A story about cubic root optimisation). Pour aller plus loin : maqao cqa --fct-loops=loop_cbrt analyse la boucle au niveau assembleur (dossiers OptimisationCbrtC/ et OptimisationCbrtFortran/).

8. Les variantes du dépôt — un solveur, dix expériences

Solutions/ décline le même solveur pour isoler chaque idée :

9. Tests

Solutions/test_stencil.f90 vérifie les invariants du stencil (multiple du Laplacien, normalisation) avec tolérance — l'application directe des règles du Jour 1. Et l'Annexe/ montre les tests pFUnit (test_roman_numeral.pf, test_divisor.pf) : le framework de tests unitaires du monde Fortran.

L'Annexe

Exemples pédagogiques fournis par Vincent Lafage : santa_claus_problem_caf.f90 (le problème du Père Noël… en coarrays, le parallélisme natif de Fortran 2008), roman_numeral.F90 (+ ses tests), physconst.f90, decimal_interface.f90, et le duo spaghetti.f / unspaghetti.f qui résume 60 ans d'évolution du langage.

Le live du jour

Sources & matériel officiel

• Le dépôt du cours : gitlab.in2p3.fr/lafage/GrayScottFortranTuto
• Les slides du jour (PDF, wiki GitLab de l'école) : FortranFurious — IJC dual GS 2026
• pFUnit (tests unitaires Fortran) : github.com/Goddard-Fortran-Ecosystem/pFUnit_demos
• Replays vidéo (YouTube) : Gray Scott Thursdays — épisodes liés : Fortran On CPU · Computing Precision
• Conteneurs du cours (podman/apptainer, images grayscott_fortran_*) : liste des conteneurs · site de l'école