xsimd

Pembungkus C ++ untuk intrinsik SIMD

Perkenalan

SIMD (instruksi tunggal, beberapa data) adalah fitur mikroprosesor yang telah tersedia selama bertahun -tahun. Instruksi SIMD melakukan operasi tunggal pada batch nilai sekaligus, dan dengan demikian memberikan cara untuk secara signifikan mempercepat eksekusi kode. Namun, instruksi ini berbeda antara vendor mikroprosesor dan kompiler.

xsimd menyediakan sarana terpadu untuk menggunakan fitur -fitur ini untuk penulis perpustakaan. Yaitu, ini memungkinkan manipulasi batch angka dengan operator aritmatika yang sama seperti untuk nilai tunggal. Ini juga menyediakan implementasi fungsi matematika umum yang beroperasi pada batch.

Adopsi

Di luar Xtensor, Xsimd telah diadopsi oleh proyek-proyek sumber terbuka utama, seperti Mozilla Firefox, Apache Arrow, Pythran, dan Krita.

Sejarah

Proyek XSIMD dimulai dengan serangkaian artikel blog oleh Johan Mabille tentang cara mengimplementasikan pembungkus untuk intrinsik SIMD. Arsip blog dapat ditemukan di sini: ilmuwan C ++. Desain yang dijelaskan dalam artikel tetap dekat dengan arsitektur XSIMD hingga versi 8.0.

Fungsi matematika adalah implementasi yang ringan dari algoritma yang awalnya diterapkan dalam proyek Boost.

Persyaratan

xsimd membutuhkan kompiler yang sesuai dengan C ++ 11. Kompiler C ++ berikut didukung:

Penyusun	Versi
Microsoft Visual Studio	MSVC 2015 UPDATE 2 dan di atas
G ++	4.9 ke atas
dentang	4.0 dan di atas

Ekstensi set instruksi SIMD berikut didukung:

Arsitektur	Instruksi mengatur ekstensi
x86	SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, AVX, AVX2, FMA3+SSE, FMA3+AVX, FMA3+AVX2
x86	AVX512BW, AVX512CD, AVX512DQ, AVX512F (GCC7 dan lebih tinggi)
x86 AMD	FMA4
LENGAN	Neon, Neon64, SVE128/256/512 (ukuran vektor tetap)
WebAssembly	Wasm
Risc-v	RISC-V128/256/512 (ukuran vektor tetap)

Instalasi

Instal dari conda-forge

Paket untuk XSIMD tersedia di paket paket Mamba (atau Conda).

mamba install -c conda-forge xsimd

Instal dengan Spack

Paket untuk XSIMD tersedia di Spack Package Manager.

spack install xsimd
spack load xsimd

Instal dari sumber

Anda dapat langsung menginstalnya dari sumber dengan CMake:

cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=your_install_prefix .
make install

Dokumentasi

Untuk memulai dengan menggunakan xsimd , lihat dokumentasi lengkapnya

http://xsimd.readthedocs.io/

Dependensi

xsimd memiliki ketergantungan opsional pada perpustakaan XTL:

xsimd	xtl (opsional)
menguasai	^0.7.0
12.x	^0.7.0
11.x	^0.7.0
10.x	^0.7.0
9.x	^0.7.0
8.x	^0.7.0

Diperlukan ketergantungan pada xtl jika Anda ingin mendukung vektorisasi untuk xtl::xcomplex . Dalam hal ini, Anda harus membangun proyek Anda dengan dukungan C ++ 14 diaktifkan.

Penggunaan

Versi 8 dari perpustakaan adalah penulisan ulang lengkap dan ada beberapa perbedaan dengan versi 7.x. Panduan migrasi akan segera tersedia. Sementara itu, contoh -contoh berikut menunjukkan cara menggunakan kedua versi 7 dan 8 perpustakaan?

Penggunaan eksplisit dari ekstensi set instruksi

Berikut adalah contoh yang menghitung rata -rata dua set dari 4 nilai titik mengambang ganda, dengan asumsi ekstensi AVX didukung:

# include < iostream >
# include " xsimd/xsimd.hpp "

namespace xs = xsimd;

int main ( int argc, char * argv[])
{
    xs::batch< double , xs::avx2> a = { 1.5 , 2.5 , 3.5 , 4.5 };
    xs::batch< double , xs::avx2> b = { 2.5 , 3.5 , 4.5 , 5.5 };
    auto mean = (a + b) / 2 ;
    std::cout << mean << std::endl;
    return 0 ;
}

Jangan lupa untuk mengaktifkan ekstensi AVX saat membangun contoh. Dengan GCC atau Clang, ini dilakukan dengan bendera -mavx , di MSVC Anda harus lulus opsi /arch:AVX .

Contoh ini output:

( 2.0 , 3.0 , 4.0 , 5.0 )

Deteksi Otomatis Ekstensi Set Instruksi untuk Digunakan

Perhitungan yang sama beroperasi pada vektor dan menggunakan set instruksi paling berkinerja yang tersedia:

# include < cstddef >
# include < vector >
# include " xsimd/xsimd.hpp "

namespace xs = xsimd;
using vector_type = std::vector< double , xsimd::aligned_allocator< double >>;

void mean ( const vector_type& a, const vector_type& b, vector_type& res)
{
    std:: size_t size = a. size ();
    constexpr std:: size_t simd_size = xsimd::simd_type< double >::size;
    std:: size_t vec_size = size - size % simd_size;

    for (std:: size_t i = 0 ; i < vec_size; i += simd_size)
    {
        auto ba = xs::load_aligned (&a[i]);
        auto bb = xs::load_aligned (&b[i]);
        auto bres = (ba + bb) / 2 .;
        bres. store_aligned (&res[i]);
    }
    for (std:: size_t i = vec_size; i < size; ++i)
    {
        res[i] = (a[i] + b[i]) / 2 .;
    }
}

Membangun dan menjalankan tes

Membangun tes membutuhkan cmake.

cmake tersedia sebagai paket untuk sebagian besar distribusi Linux. Selain itu, mereka juga dapat diinstal dengan conda Package Manager (bahkan di Windows):

conda install -c conda-forge cmake

Setelah cmake dipasang, Anda dapat membangun dan menjalankan tes:

mkdir build
cd build
cmake ../ -DBUILD_TESTS=ON
make xtest

Dalam konteks integrasi berkelanjutan dengan Travis CI, tes dijalankan di lingkungan conda , yang dapat diaktifkan

 cd test
conda env create -f ./test-environment.yml
source activate test-xsimd
cd ..
cmake . -DBUILD_TESTS=ON
make xtest

Membangun dokumentasi HTML

Dokumentasi XSIMD dibangun dengan tiga alat

• doxygen
• Sphinx
• bernapas

Saat doxygen harus dipasang secara terpisah, Anda dapat menginstal napas dengan mengetik

pip install breathe

Breathe juga dapat dipasang dengan conda

conda install -c conda-forge breathe

Akhirnya, bangun dokumentasi dengan

make html

dari subdirektori docs .

Lisensi

Kami menggunakan model hak cipta bersama yang memungkinkan semua kontributor untuk mempertahankan hak cipta atas kontribusi mereka.

Perangkat lunak ini dilisensikan di bawah lisensi BSD-3-Clause. Lihat file lisensi untuk detailnya.