c++ - SIMD:实现 _mm256_max_epu64_ 和 _mm256_min_epu64_

Question

我想问一个关于 SIMD 的问题。我的 CPU 中没有 AVX512 但想要一个 _mm256_max_epu64 .

我们如何用AVX2实现这个功能？

在这里，我尝试拥有我的微不足道的。也许我们可以将其作为讨论并加以改进。

#define SIMD_INLINE inline __attribute__ ((always_inline)) 

SIMD_INLINE __m256i __my_mm256_max_epu64_(__m256i a, __m256i b) {
  uint64_t *val_a = (uint64_t*) &a;
  uint64_t *val_b = (uint64_t*) &b;
  uint64_t e[4];
  for (size_t i = 0; i < 4; ++i) e[i] = (*(val_a + i) > *(val_b + i)) ? *(val_a + i) : *(val_b + i);
  return _mm256_set_epi64x(e[3], e[2], e[1], e[0]);
}

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编辑作为摘要:

我们讨论了__mm256 无符号比较。我在上面给出了我的简单实现，只是遵循了非常基本的概念:单个 __m256i 相当于 4 个 uint64_t 或 4 个 float，这也使得一起向上 256 位。

然后我们从@chtz 那里得到了答案，这使得 AVX 从 AVX 调用更多位编程函数变得更有意义。

最后，由于 CLang，这两个实现产生了相同的程序集。 Assembly example from compiler explorer

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添加了另一个 _mm256_min_epu64_。它只是反射(reflect)上面的 _mm256_max_epu64_。便于搜索以供日后使用。

SIMD_INLINE __m256i __my_mm256_min_epu64_(__m256i a, __m256i b) {
  uint64_t *val_a = (uint64_t*) &a;
  uint64_t *val_b = (uint64_t*) &b;
  uint64_t e[4];
  for (size_t i = 0; i < 4; ++i) e[i] = (*(val_a + i) < *(val_b + i)) ? *(val_a + i) : *(val_b + i);
  return _mm256_set_epi64x(e[3], e[2], e[1], e[0]);
}

Answer 1

最简单的解决方案是 _mm256_cmpgt_epi64 的组合与混合。但是，如果您想要无符号最大值，则需要先减去 1<<63来自每个元素(在比较之前，而不是在混合之前)。没有 _mm256_blendv_epu64指令，但可以使用 _mm256_blendv_epi8因为掩码将设置在相关元素的每一位。另请注意，减去最高位可以通过稍微快一点的 xor 来完成。 :

__m256i pmax_epu64(__m256i a, __m256i b)
{
    __m256i signbit = _mm256_set1_epi64x(0x8000'0000'0000'0000);
    __m256i mask = _mm256_cmpgt_epi64(_mm256_xor_si256(a,signbit),_mm256_xor_si256(b,signbit));
    return _mm256_blendv_epi8(b,a,mask);
}

实际上，clang 几乎设法从您的代码中获得相同的指令:https://godbolt.org/z/afhdOa它只使用 vblendvpd而不是 vpblendvb ，这可能会引入延迟(有关详细信息，请参阅@PeterCordes 评论)。

通过一些位操作，您实际上可以保存符号位的寄存器设置。如果两个操作数的符号匹配，则无符号比较给出相同的结果，如果它们不匹配，则给出相反的结果，即

unsigned_greater_than(signed a, signed b) == (a<0) ^ (b<0) ^ (a>b)

如果你使用 _mm256_blendv_pd 就可以使用它用一些铸件作为_mm256_blendv_epi64 (因为现在只有最高位有效):

__m256i _mm256_blendv_epi64(__m256i a, __m256i b, __m256i mask)
{
    return _mm256_castpd_si256(_mm256_blendv_pd(
        _mm256_castsi256_pd(a),_mm256_castsi256_pd(b),_mm256_castsi256_pd(mask)));
}

__m256i pmax_epu64_b(__m256i a, __m256i b)
{
    __m256i opposite_sign = _mm256_xor_si256(a,b);
    __m256i mask = _mm256_cmpgt_epi64(a,b);
    return _mm256_blendv_epi64(b,a,_mm256_xor_si256(mask, opposite_sign));
}

仅供引用，有符号最大值当然只是:

__m256i pmax_epi64(__m256i a, __m256i b)
{
    __m256i mask = _mm256_cmpgt_epi64(a,b);
    return _mm256_blendv_epi8(b,a,mask);
}