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コンパイラオプションはちゃんと設定した？
例) Pentium4用
g++ -O3 -ffast-math -funroll-loops -mcpu=i686
icc -O3 -tpp7 -xW

あと、言うまでもないが、コードの下流部分は、
最適化を意識しながらプログラミングした方がいいかも。
(知っているかもしれないが)リンク先は
最適化かける場合の参考になりそうな文献。
# Techniques for Scientific C++
ttp://www.cs.indiana.edu/ftp/techreports/TR542.html