xsimd

Invólucros de C ++ para Intrinsics SIMD

Introdução

SIMD (instrução única, vários dados) é um recurso dos microprocessadores que estão disponíveis há muitos anos. As instruções SIMD executam uma única operação em um lote de valores de uma só vez e, portanto, fornecem uma maneira de acelerar significativamente a execução do código. No entanto, essas instruções diferem entre os fornecedores e compiladores do microprocessador.

xsimd fornece um meio unificado para usar esses recursos para autores de bibliotecas. Ou seja, permite a manipulação de lotes de números com os mesmos operadores aritméticos que para valores únicos. Ele também fornece implementação acelerada de funções matemáticas comuns que operam em lotes.

Adoção

Além do XTensor, o XSIMD foi adotado por principais projetos de código aberto, como Mozilla Firefox, Apache Arrow, Pythran e Krita.

História

O projeto XSIMD começou com uma série de artigos de blog de Johan Mabille sobre como implementar invólucros para o Simd Intrinsicts. Os arquivos do blog podem ser encontrados aqui: o cientista do C ++. O design descrito nos artigos permaneceu próximo da arquitetura real do XSIMD até a versão 8.0.

As funções matemáticas são uma implementação leve dos algoritmos implementados originalmente no projeto agora prejudicado.

Requisitos

xsimd requer um compilador compilador de C ++ 11. Os seguintes compiladores C ++ são suportados:

Compilador	Versão
Microsoft Visual Studio	Atualização 2 do MSVC 2015 e acima
g ++	4.9 e acima
Clang	4.0 e acima

As seguintes extensões do conjunto de instruções SIMD são suportadas:

Arquitetura	Extensões do conjunto de instruções
x86	SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, AVX, AVX2, FMA3+SSE, FMA3+AVX, FMA3+AVX2
x86	AVX512BW, AVX512CD, AVX512DQ, AVX512F (GCC7 e Superior)
x86 AMD	FMA4
BRAÇO	Neon, neon64, SVE128/256/512 (tamanho fixo do vetor)
WebAssembly	WASM
Risc-v	RISC-V128/256/512 (tamanho fixo do vetor)

Instalação

Instale de conda-forge

Um pacote para o XSIMD está disponível no gerenciador de pacotes Mamba (ou CONDA).

mamba install -c conda-forge xsimd

Instale com Spack

Um pacote para XSIMD está disponível no gerenciador de pacotes SPACH.

spack install xsimd
spack load xsimd

Instalar de fontes

Você pode instalá -lo diretamente a partir das fontes com cmake:

cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=your_install_prefix .
make install

Documentação

Para começar usando xsimd , confira a documentação completa

http://xsimd.readthedocs.io/

Dependências

xsimd tem uma dependência opcional da biblioteca XTL:

xsimd	xtl (opcional)
mestre	^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

A dependência do xtl é necessária se você deseja suportar a vetorização para xtl::xcomplex . Nesse caso, você deve criar seu projeto com o suporte C ++ 14 ativado.

Uso

A versão 8 da biblioteca é uma reescrita completa e há algumas pequenas diferenças com as versões 7.x. Um guia de migração estará disponível em breve. Enquanto isso, os exemplos a seguir mostram como usar as versões 7 e 8 da biblioteca?

Uso explícito de uma extensão do conjunto de instruções

Aqui está um exemplo que calcula a média de dois conjuntos de 4 valores de ponto flutuante duplo, assumindo que a extensão AVX seja suportada:

# 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 ;
}

Não se esqueça de ativar a extensão do AVX ao criar o exemplo. Com o GCC ou CLANG, isso é feito com o sinalizador -mavx , no MSVC, você precisa passar a opção /arch:AVX .

Este exemplo sai:

( 2.0 , 3.0 , 4.0 , 5.0 )

Detecção automática da extensão do conjunto de instruções a ser usado

A mesma computação operando em vetores e usando o maior conjunto de instruções de desempenho disponível:

# 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 .;
    }
}

Construindo e executando os testes

Construir os testes requer cmake.

cmake está disponível como um pacote para a maioria das distribuições Linux. Além disso, eles também podem ser instalados com o gerenciador de pacotes conda (mesmo no Windows):

conda install -c conda-forge cmake

Depois que cmake é instalado, você pode construir e executar os testes:

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

No contexto de integração contínua com Travis CI, os testes são executados em um ambiente conda , que pode ser ativado com

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

Construindo a documentação HTML

A documentação do XSIMD é construída com três ferramentas

• doxygen
• esfinge
• respirar

Enquanto o doxygen deve ser instalado separadamente, você pode instalar o Breathe digitando

pip install breathe

Respira também pode ser instalado com conda

conda install -c conda-forge breathe

Finalmente, construa a documentação com

make html

do subdiretório docs .

Licença

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