c – AVX中的水平XOR

概述有没有办法水平异步AVX寄存器 – 具体来说,对256位寄存器的四个64位组件进行异或？ 目标是获得AVX寄存器的所有4个64位组件的XOR.它基本上与水平加法(_mm256_hadd_epi32())做同样的事情,除了我想要XOR而不是ADD. 标量代码是： inline uint64_t HorizontalXor(__m256i t) { return t.m256i_u64[0] ^ 有没有办法水平异步AVX寄存器 – 具体来说,对256位寄存器的四个64位组件进行异或？

目标是获得AVX寄存器的所有4个64位组件的XOR.它基本上与水平加法(_mm256_hadd_epi32())做同样的事情,除了我想要XOR而不是ADD.

标量代码是：

inline uint64_t HorizontalXor(__m256i t) {  return t.m256i_u64[0] ^ t.m256i_u64[1] ^ t.m256i_u64[2] ^ t.m256i_u64[3];}

解决方法 正如评论中所述,最快的代码很可能使用标量运算,在整数寄存器中执行所有 *** 作.你需要做的就是提取四个打包的64位整数,然后你有三个XOR指令,你就完成了.这可以非常有效地完成,并将结果留在整数寄存器中,这是您的示例代码建议您想要的.

MSVC已经为您在问题中显示的标量函数生成了非常好的代码：

inline uint64_t HorizontalXor(__m256i t) {  return t.m256i_u64[0] ^ t.m256i_u64[1] ^ t.m256i_u64[2] ^ t.m256i_u64[3];}

假设t在ymm1中,则生成的反汇编将如下所示：

vextractf128 xmm0,ymm1,1vpextrq      rax,xmm0,1vmovq        rcx,xmm1xor          rax,rcxvpextrq      rcx,xmm1,1vextractf128 xmm0,1xor          rax,rcxvmovq        rcx,xmm0xor          rax,rcx

…结果留在RAX中.如果这准确反映了您的需求(标量uint64_t结果),则此代码就足够了.

您可以使用内在函数稍微改进它：

inline uint64_t _mm256_hxor_epu64(__m256i x){   const __m128i temp = _mm256_extracti128_si256(x,1);   return (uint64_t&)x          ^ (uint64_t)(_mm_extract_epi64(_mm256_castsi256_si128(x),1))          ^ (uint64_t&)(temp)          ^ (uint64_t)(_mm_extract_epi64(temp,1));}

然后你将得到以下反汇编(再次,假设x在ymm1中)：

vextracti128 xmm2,1vpextrq      rcx,xmm2,xmm2xor          rax,rcx

请注意,我们能够忽略一条提取指令,并且我们确保使用VEXTRACTI128而不是VEXTRACTF128(尽管如此,this choice probably does not matter).

您将在其他编译器上看到类似的输出.例如,这里是GCC 7.1(假设x在ymm0中)：

vextracti128 xmm2,ymm0,0x1vpextrq      rax,1vmovq        rdx,xmm2vpextrq      rcx,rdxvmovq        rdx,rdxxor          rax,rcx

有相同的说明,但它们已经略有重新排序.内在函数允许编译器的调度程序按其认为最佳的顺序进行排序. Clang 4.0以不同的方式安排它们：

vmovq        rax,xmm0vpextrq      rcx,1xor          rcx,raxvextracti128 xmm0,xmm0xor          rdx,rcxvpextrq      rax,rdx

当然,当代码内联时,这种排序总是会发生变化.

另一方面,如果您希望结果在AVX寄存器中,那么您首先需要决定如何存储它.我想你只是将单个64位结果存储为标量,如：

inline __m256i _mm256_hxor(__m256i x){   const __m128i temp = _mm256_extracti128_si256(x,1);   return _mm256_set1_epi64x((uint64_t&)x                             ^ (uint64_t)(_mm_extract_epi64(_mm256_castsi256_si128(x),1))                             ^ (uint64_t&)(temp)                             ^ (uint64_t)(_mm_extract_epi64(temp,1)));}

但是现在你正在进行大量的数据改组,否定了从矢量化代码中可能看到的任何性能提升.

说到这一点,我不确定你是如何让自己陷入这样一种情况,你需要首先进行这样的横向 *** 作. SIMD *** 作旨在垂直缩放,而不是水平缩放.如果您仍处于实施阶段,则可能需要重新考虑设计.特别是,您应该在4个不同的AVX寄存器中生成4个整数值,而不是将它们全部打包成一个.

如果您确实希望将4个结果打包到AVX寄存器中,那么您可以执行以下 *** 作：

inline __m256i _mm256_hxor(__m256i x){   const __m256i temp = _mm256_xor_si256(x,_mm256_permute2f128_si256(x,x,1));       return _mm256_xor_si256(temp,_mm256_shuffle_epi32(temp,_MM_SHUFFLE(1,3,2)));}

这仍然通过一次执行两次XOR来利用一点并行性,这意味着只需要两次XOR *** 作,而不是三次.

如果它有助于可视化,这基本上做：

A         B         C         D           ⟵ input  XOR       XOR       XOR       XOR   C         D         A         B           ⟵ permuted input=====================================  A^C       B^D       A^C        B^D         ⟵ intermediate result  XOR       XOR       XOR        XOR  B^D       A^C       B^D        A^C         ⟵ shuffled intermediate result======================================A^C^B^D   A^C^B^D   A^C^B^D    A^C^B^D      ⟵ final result

在几乎所有编译器上,这些内在函数将生成以下汇编代码：

vperm2f128  ymm0,1    ; input is in YMM1vpxor       ymm2,ymm1vpshufd     ymm1,ymm2,78vpxor       ymm0,ymm2

(在我第一次发布这个答案之后,我在上床的路上想出了这个,并计划回来更新答案,但我看到wim在发布它时打败了我.哦,这仍然是一个更好的方法比我第一次拥有,所以它仍然值得包含在这里.)

当然,如果你想在整数寄存器中使用它,你只需要一个简单的VMOVQ：

vperm2f128  ymm0,ymm2vmovq       rax,xmm0

问题是,这会比上面的标量代码更快.答案是,是的,可能.虽然您使用AVX执行单元进行XOR,而不是完全独立的整数执行单元,但需要完成的AVX shuffles / permutes / extract更少,这意味着开销更少.因此,我可能还需要在标量代码上吃掉我的话,这是最快的实现.但这实际上取决于您正在做什么以及如何安排/交错指令.

总结

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