xsimd

c ++ wrappers สำหรับ simd intrinsics

การแนะนำ

SIMD (คำสั่งเดียวข้อมูลหลายข้อมูล) เป็นคุณสมบัติของไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีมานานหลายปี คำแนะนำของ SIMD ดำเนินการเดียวในชุดของค่าในครั้งเดียวและให้วิธีการเร่งการดำเนินการรหัสอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตามคำแนะนำเหล่านี้แตกต่างกันระหว่างผู้ขายไมโครโปรเซสเซอร์และคอมไพเลอร์

xsimd ให้วิธีการรวมเป็นหนึ่งเดียวสำหรับการใช้คุณสมบัติเหล่านี้สำหรับผู้เขียนห้องสมุด กล่าวคือช่วยให้การจัดการของชุดตัวเลขที่มีตัวดำเนินการเลขคณิตเดียวกันกับค่าเดียว นอกจากนี้ยังให้การดำเนินการเร่งการใช้งานฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์ทั่วไปที่ทำงานบนแบตช์

การยอมรับ

นอกเหนือจาก Xtensor แล้ว XSIMD ได้รับการรับรองจากโครงการโอเพ่นซอร์สที่สำคัญเช่น Mozilla Firefox, Apache Arrow, Pythran และ Krita

ประวัติศาสตร์

โครงการ XSIMD เริ่มต้นด้วยชุดบทความบล็อกโดย Johan Mabille เกี่ยวกับวิธีการใช้ wrappers สำหรับ simd intrinsicts เอกสารสำคัญของบล็อกสามารถพบได้ที่นี่: นักวิทยาศาสตร์ C ++ การออกแบบที่อธิบายไว้ในบทความยังคงอยู่ใกล้กับสถาปัตยกรรมจริงของ XSIMD จนถึงเวอร์ชัน 8.0

ฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์เป็นการใช้งานที่มีน้ำหนักเบาของอัลกอริทึมที่นำมาใช้ในโครงการ Boost.SIMD ที่เลิกใช้แล้วในขณะนี้

ความต้องการ

xsimd ต้องการคอมไพเลอร์ที่สอดคล้องกับ C ++ 11 รองรับคอมไพเลอร์ C ++ ต่อไปนี้:

ผู้ประกอบการ	รุ่น
Microsoft Visual Studio	MSVC 2015 อัปเดต 2 ขึ้นไป
G ++	4.9 ขึ้นไป
เสียงดัง	4.0 ขึ้นไป

รองรับชุดคำสั่ง SIMD ต่อไปนี้ได้รับการสนับสนุน:

สถาปัตยกรรม	ส่วนขยายชุดคำสั่ง
x86	SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, AVX, AVX2, FMA3+SSE, FMA3+AVX, FMA3+AVX2
x86	AVX512BW, AVX512CD, AVX512DQ, AVX512F (GCC7 และสูงกว่า)
x86 amd	FMA4
แขน	Neon, Neon64, SVE128/256/512 (ขนาดเวกเตอร์คงที่)
การใช้เว็บ	wasm
RISC-V	RISC-V128/256/512 (ขนาดเวกเตอร์คงที่)

การติดตั้ง

ติดตั้งจาก Conda-Forge

แพ็คเกจสำหรับ XSIMD มีอยู่ใน Mamba (หรือ Conda) Manager

mamba install -c conda-forge xsimd

ติดตั้งด้วยสแพ็ค

แพ็คเกจสำหรับ XSIMD มีอยู่ใน Spack Package Manager

spack install xsimd
spack load xsimd

ติดตั้งจากแหล่งที่มา

คุณสามารถติดตั้งโดยตรงจากแหล่งที่มาด้วย CMake:

cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=your_install_prefix .
make install

เอกสาร

ในการเริ่มต้นใช้งาน xsimd ลองดูเอกสารฉบับเต็ม

http://xsimd.readthedocs.io/

การพึ่งพาอาศัยกัน

xsimd มีการพึ่งพาตัวเลือกในไลบรารี XTL:

xsimd	xtl (ไม่บังคับ)
ผู้เชี่ยวชาญ	^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

จำเป็นต้องมีการพึ่งพา xtl หากคุณต้องการสนับสนุนการทำให้ vectorization สำหรับ xtl::xcomplex ในกรณีนี้คุณต้องสร้างโครงการของคุณด้วยการสนับสนุนการสนับสนุน C ++ 14

การใช้งาน

เวอร์ชัน 8 ของไลบรารีเป็นการเขียนใหม่ที่สมบูรณ์และมีความแตกต่างเล็กน้อยกับรุ่น 7.x คู่มือการโยกย้ายจะเปิดให้บริการเร็ว ๆ นี้ ในขณะเดียวกันตัวอย่างต่อไปนี้แสดงวิธีการใช้ทั้งสองรุ่น 7 และ 8 ของห้องสมุด?

การใช้ส่วนขยายชุดคำสั่งอย่างชัดเจน

นี่คือตัวอย่างที่คำนวณค่าเฉลี่ยของสองชุดของค่าจุดลอยตัว 4 คู่โดยสมมติว่าส่วนขยาย AVX ได้รับการสนับสนุน:

# 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 ;
}

อย่าลืมเปิดใช้งานส่วนขยาย AVX เมื่อสร้างตัวอย่าง ด้วย GCC หรือ Clang สิ่งนี้ทำด้วยธง -mavx บน MSVC คุณต้องผ่าน /arch:AVX ตัวเลือก

ตัวอย่างนี้เอาต์พุต:

( 2.0 , 3.0 , 4.0 , 5.0 )

การตรวจจับอัตโนมัติของส่วนขยายชุดคำสั่งที่จะใช้

การคำนวณแบบเดียวกันกับการทำงานของเวกเตอร์และใช้ชุดคำสั่งที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่มีอยู่:

# 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 .;
    }
}

การสร้างและดำเนินการทดสอบ

การสร้างการทดสอบต้องใช้ cmake

cmake มีให้บริการเป็นแพ็คเกจสำหรับการแจกแจง Linux ส่วนใหญ่ นอกจากนี้พวกเขายังสามารถติดตั้งด้วย conda package manager (แม้ใน Windows):

conda install -c conda-forge cmake

เมื่อติดตั้ง cmake แล้วคุณสามารถสร้างและเรียกใช้การทดสอบ:

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

ในบริบทของการรวมอย่างต่อเนื่องกับ Travis CI การทดสอบจะทำงานในสภาพแวดล้อม conda ซึ่งสามารถเปิดใช้งานได้ด้วย

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

การสร้างเอกสาร HTML

เอกสารของ XSIMD สร้างขึ้นด้วยเครื่องมือสามอย่าง

• doxygen
• สฟิงซ์
• หายใจ

ในขณะที่ต้องติดตั้ง Doxygen แยกกันคุณสามารถติดตั้งหายใจได้โดยพิมพ์

pip install breathe

นอกจากนี้ยังสามารถติดตั้งด้วย conda

conda install -c conda-forge breathe

ในที่สุดสร้างเอกสารด้วย

make html

จากไดเรกทอรี docs

ใบอนุญาต

เราใช้รูปแบบลิขสิทธิ์ที่ใช้ร่วมกันซึ่งช่วยให้ผู้มีส่วนร่วมทุกคนสามารถรักษาลิขสิทธิ์ในการมีส่วนร่วมของพวกเขา

ซอฟต์แวร์นี้ได้รับอนุญาตภายใต้ใบอนุญาต BSD-3-clause ดูไฟล์ใบอนุญาตสำหรับรายละเอียด