Fortran程序在Cray环境下使用外部输入整数分配动态数组报错

如下Fortran代码在Intel、GNU编译器下可正常编译运行：

program simplarray
        implicit none
        real, allocatable, dimension(:,:,:) :: a
        character(len=32) :: cmdarg
        integer :: n = 0
        call get_command_argument(1, cmdarg)
        read(cmdarg,'(i)') n
        print '("n=",i5)', n
        call flush(6)
        allocate(a(n,n,2))
        print '("a is dimensioned  ", 3i5)', shape(a)
        deallocate(a)
end program

正常运行输出：

>  ./a.out 50
n=   50
a is dimensioned     50   50    2

但在Cray环境下运行报错：

> ./a.out 10
n=   10
Illegal instruction (core dumped)

如果将n改为硬编码赋值，运行正常：

integer :: n = 10
!        call get_command_argument(1, cmdarg)
!        read(cmdarg,'(i)') n

硬编码后的运行输出：

./a.out
n=   10
a is dimensioned     10   10    2

尝试从文本文件读取n的值，故障现象完全一致：

integer :: n
open(unit=11, file='size.txt')
read(11,*) n
close(11)

补充信息：

1. 同版本12.0.3的Cray编译器在另一台Cray平台运行该程序完全正常
2. 编译指令仅为在Intel Broadwell架构的登录节点执行：

ftn simplarray.F90

问题根因 #

这是Cray编译环境典型的编译节点与运行节点CPU架构不兼容问题，和代码本身逻辑无关：

• Cray的ftn编译器默认会针对当前编译所在节点的CPU架构生成最高优化等级的指令，你在Intel Broadwell架构的登录节点编译，生成的程序会用到Broadwell专属的AVX2、BMI2等扩展指令集。
• 如果你提交运行的计算节点CPU架构比Broadwell旧（比如Haswell、Sandy Bridge等），这些专属指令无法被识别，就会抛出Illegal instruction错误。

为什么硬编码n时可以正常运行 #

当n是硬编码的常量时，编译器在编译阶段就能完成常量传播、数组大小计算，甚至可以把数组优化为静态分配，不会触发动态分配场景下的优化指令逻辑。只有当n是运行时动态获取的变量时，编译器会插入针对编译节点架构优化的动态内存对齐、数组维度计算的SIMD指令，这部分指令在旧架构节点无法执行。
你可以直接在编译用的登录节点运行该程序验证，大概率可以正常执行，只有提交到计算节点时才会报错。

为什么同版本编译器的另一台Cray平台无故障 #

那台平台的登录节点和计算节点CPU架构完全一致，编译生成的指令在运行节点可以正常支持。

解决方案 #

• 编译时指定目标运行节点的CPU架构参数，示例：
  • 运行节点为Intel Haswell：ftn -xCORE-AVX2 simplarray.F90
  • 运行节点为Intel Sandy/Ivy Bridge：ftn -xAVX simplarray.F90
  • 需要兼容多代Intel架构：ftn -axCORE-AVX2,AVX,SSE4.2 simplarray.F90
• 直接在目标计算节点上编译程序，编译器会自动适配当前节点架构生成兼容指令。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者bob.sacamento