xsimd

C ++ Обертки для SIMD Intrinsics

Введение

SIMD (отдельная инструкция, несколько данных) является функцией микропроцессоров, которые были доступны в течение многих лет. Инструкции SIMD выполняют одну операцию на партии значений одновременно и, таким образом, предоставляют способ значительно ускорить выполнение кода. Однако эти инструкции различаются между поставщиками микропроцессоров и компиляторами.

xsimd предоставляет унифицированные средства для использования этих функций для авторов библиотеки. А именно, он позволяет манипулировать партиями чисел с теми же арифметическими операторами, что и для отдельных значений. Он также обеспечивает ускоренную реализацию общих математических функций, работающих на партиях.

Принятие

Помимо Xtensor, XSIMD был принят крупными проектами с открытым исходным кодом, такими как Mozilla Firefox, Apache Arrow, Pythran и Krita.

История

Проект XSIMD начался с серии статей в блогах Йохана Мабилла о том, как реализовать обертки для SIMD Intrinsicts. Архивы блога можно найти здесь: ученый C ++. Дизайн, описанный в статьях, оставался близким к фактической архитектуре XSIMD до версии 8.0.

Математические функции представляют собой легкую реализацию алгоритмов, изначально реализованных в настоящее время устаревшего проекта Boost.Simd.

Требования

xsimd требует компилятора C ++ 11. Поддерживаются следующие компиляторы C ++:

Компилятор	Версия
Microsoft Visual Studio	MSVC 2015 Обновление 2 и выше
G ++	4,9 и выше
герметичный	4,0 и выше

Поддерживаются следующие расширения набора инструкций SIMD:

Архитектура	Увеличение набора инструкций
x86	SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, AVX, AVX2, FMA3+SSE, FMA3+AVX, FMA3+AVX2
x86	AVX512BW, AVX512CD, AVX512DQ, AVX512F (GCC7 и выше)
x86 Amd	FMA4
РУКА	NEON, NEON64, SVE128/256/512 (фиксированный размер вектора)
Webassembly	Wasm
RISC-V	RISC-V128/256/512 (фиксированный размер вектора)

Установка

Установите из Conda-Forge

Пакет для XSIMD доступен в менеджере пакета Mamba (или Conda).

mamba install -c conda-forge xsimd

Установите со Spack

Пакет для XSIMD доступен в диспетчера пакетов Spack.

spack install xsimd
spack load xsimd

Установите из источников

Вы можете напрямую установить его из источников с Cmake:

cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=your_install_prefix .
make install

Документация

Чтобы начать с использования xsimd , проверьте полную документацию

http://xsimd.readthedocs.io/

Зависимости

xsimd имеет дополнительную зависимость от библиотеки XTL:

xsimd	xtl (необязательно)
владелец	^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

Зависимость от xtl требуется, если вы хотите поддерживать векторизацию для xtl::xcomplex . В этом случае вы должны создать свой проект с помощью поддержки C ++ 14.

Использование

Версия 8 библиотеки является полной переписыванием, и есть некоторые небольшие различия с версиями 7.x. Руководство по миграции будет доступно в ближайшее время. Между тем, следующие примеры показывают, как использовать обе версии 7 и 8 библиотеки?

Явное использование расширения набора инструкций

Вот пример, который вычисляет среднее значение из двух наборов из 4 значений с двумя двумя плавающими точками, предполагая, что расширение AVX поддерживается:

# 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 ;
}

Не забудьте включить расширение AVX при построении примера. С GCC или Clang это делается с флагом -mavx , на MSVC вы должны пройти опцию /arch:AVX .

Этот пример выводит:

( 2.0 , 3.0 , 4.0 , 5.0 )

Автоматическое обнаружение расширения набора инструкций, которое будет использоваться

Те же вычисления, работающие на векторах и используют наиболее эффективный набор инструкций:

# 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 .;
    }
}

Строительство и проведение тестов

Создание испытаний требует Cmake.

cmake доступен в качестве пакета для большинства распределений Linux. Кроме того, они также могут быть установлены с помощью диспетчера пакетов conda (даже в Windows):

conda install -c conda-forge cmake

После установки cmake вы можете построить и запустить тесты:

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

В контексте непрерывной интеграции с Travis CI тесты проводятся в среде conda , которая может быть активирована с помощью

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

Создание документации HTML

Документация XSIMD построена с тремя инструментами

• Доксиген
• Сфинкс
• дышать

В то время как доксиген должен быть установлен отдельно, вы можете установить дыхание, вводя в печати

pip install breathe

Дыхание также можно установить с conda

conda install -c conda-forge breathe

Наконец, создайте документацию с

make html

от docs подкаканал.

Лицензия

Мы используем общую модель авторского права, которая позволяет всем участникам сохранять авторские права на их взносы.

Это программное обеспечение лицензировано по лицензии BSD-3-CLAUSE. Смотрите файл лицензии для получения подробной информации.