プレディケーション（分岐の排除）によって、条件判断が必要な処理を効率良く実行できます。AVX-512 命令のマスクレジスターを使用すると、プレディケーション（分岐の排除）によって、条件判断が必要な処理を効率良く実行できます。ここで紹介するものは、条件に合致するときのみ値の設定を行い、条件を満足しない場合は何も行いません。以降に、逐次処理で条件判断が必要な処理を実行する場合と、ベクトル命令でプレディケーションした例を図とコードで示します。
呼び出し側
64ビット整数型(signed)
符号付64ビット整数型配列の要素を、渡された値と比較します。条件を満足したら渡された値を設定し、そうでなければ何も行いません。比較対象の値と、設定する値は別々に渡されます。
以降に、呼び出し側のC++コードを示します。common.hをincludeしていますがSIMDで記述したアセンブリ言語の関数と等価な機能を持つC++言語で記述した共通関数のヘッダです。最下部にソースコードを示します。条件は関数名に含まれます。
それぞれ、lt=less than、le= less equal、eq=equal、ne=not equal、ge=grater qual、gt=grater thanです。
#include "..\common.h" // TEMPLATES // asmbler関数名: 処理+条件+型 #define T long long extern "C" { void cmpltq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpeqq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpleq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpneq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpgeq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpgtq(T*, const T, const size_t, const T); } typedef void (*Dfunc)(T*, const T, const size_t, const T); extern "C" Dfunc afunc[] = { cmpeqq, cmpltq, cmpleq, cmpneq, cmpgeq, cmpgtq }; Dfunc cfunc[] = { ccmpeq, ccmplt, ccmple, ccmpne, ccmpge, ccmpgt }; // main, cmpValueと条件に従って比較し、trueならvalueへ int main(void) { const size_t ArrLen = 4096; static_assert(ArrLen % 16 == 0, "number of elements must be an integral multiple of 16."); T a[ArrLen], c[ArrLen]; const T cmpValue = 8, value = 12; for (int i = 0; i < sizeof(cfunc) / sizeof(*cfunc);i++) { cout << "---[" << i << "]--- "; init(a, c, ArrLen); cfunc[i](c, cmpValue, ArrLen, value); afunc[i](a, cmpValue, ArrLen, value); verify(a, c, ArrLen); } return 0; }
64ビット整数型(unsigned)
符号なし64ビット整数型配列呼び出し側を示します。型以外は符号付と同じです。
#include "..\common.h" // TEMPLATES // asmbler関数名: 処理+条件+型 #define T unsigned long long extern "C" { void cmpltuq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpequq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpleuq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpneuq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpgeuq(T*, const T, const size_t, const T); void cmpgtuq(T*, const T, const size_t, const T); } typedef void (*Dfunc)(T*, const T, const size_t, const T); extern "C" Dfunc afunc[] = { cmpequq, cmpltuq, cmpleuq, cmpneuq, cmpgeuq, cmpgtuq }; Dfunc cfunc[] = { ccmpeq, ccmplt, ccmple, ccmpne, ccmpge, ccmpgt }; // main, cmpValueと条件に従って比較し、trueならvalueへ int main(void) { const size_t ArrLen = 4096; static_assert(ArrLen % 16 == 0, "number of elements must be an integral multiple of 16."); T a[ArrLen], c[ArrLen]; const T cmpValue = 8, value = 12; for (int i = 0; i < sizeof(cfunc) / sizeof(*cfunc);i++) { cout << "---[" << i << "]--- "; init(a, c, ArrLen); cfunc[i](c, cmpValue, ArrLen, value); afunc[i](a, cmpValue, ArrLen, value); verify(a, c, ArrLen); } return 0; }
呼び出され側
アセンブラーのコードを示します。条件ごとに関数を記述するのは面倒なのでマクロを使って記述します。
;------------------------------------------------------------------- _MM_CMPINT_EQ EQU 0 ; - 等しい == _MM_CMPINT_LT EQU 1 ; - より小さい < _MM_CMPINT_LE EQU 2 ; - 以下 <= _MM_CMPINT_NE EQU 4 ; - 等しくない != _MM_CMPINT_GE EQU 5 ; - 以上 >= _MM_CMPINT_GT EQU 6 ; - より大きい > ;------------------------------------------------------------------- ; macro mymacro macro MNAME, MINST, CONDITION public MNAME align 16 MNAME proc vpbroadcastq zmm1, rdx ; zmm1 = cmpValue vpbroadcastq zmm2, r9 ; zmm2 = value xor rax, rax ; clear index loop_f: vmovdqu64 zmm0, zmmword ptr [rcx+rax*8] ; load r[] MINST k1, zmm0, zmm1, CONDITION vmovdqu64 zmmword ptr [rcx+rax*8]{k1}, zmm2; stote r[] add rax, 8 cmp rax, r8 jb short loop_f ret MNAME endp endm ;------------------------------------------------------------------- ; code _TEXT segment ;QWORD mymacro cmpeqq, vpcmpq, _MM_CMPINT_EQ ; == mymacro cmpleq, vpcmpq, _MM_CMPINT_LE ; <= mymacro cmpltq, vpcmpq, _MM_CMPINT_LT ; < mymacro cmpneq, vpcmpq, _MM_CMPINT_NE ; != mymacro cmpgeq, vpcmpq, _MM_CMPINT_GE ; >= mymacro cmpgtq, vpcmpq, _MM_CMPINT_GT ; > ;QWORD Unsigned mymacro cmpequq, vpcmpuq, _MM_CMPINT_EQ ; == mymacro cmpleuq, vpcmpuq, _MM_CMPINT_LE ; <= mymacro cmpltuq, vpcmpuq, _MM_CMPINT_LT ; < mymacro cmpneuq, vpcmpuq, _MM_CMPINT_NE ; != mymacro cmpgeuq, vpcmpuq, _MM_CMPINT_GE ; >= mymacro cmpgtuq, vpcmpuq, _MM_CMPINT_GT ; > _TEXT ends end
実行結果(signed)
C:\>ml64 /c chgByCondQAsm.asm
C:\>cl /O2 /EHsc chgByCondQ.cpp chgByCondQAsm.obj
C:\>chgByCondQ
---[0]--- Ok!
---[1]--- Ok!
---[2]--- Ok!
---[3]--- Ok!
---[4]--- Ok!
---[5]--- Ok!
実行結果(unsigned)
C:\>ml64 /c chgByCondQAsm.asm
C:\>cl /O2 /EHsc chgByCondUQ.cpp chgByCondQAsm.obj
C:\>chgByCondUQ
---[0]--- Ok!
---[1]--- Ok!
---[2]--- Ok!
---[3]--- Ok!
---[4]--- Ok!
---[5]--- Ok!
common.h、共通関数
#include <iostream> using namespace std; // initialize values template <typename T> void init(T* a, T* c, const size_t length) { for (size_t i = 0; i < length; i++) { a[i] = c[i] = (T)(rand() - (RAND_MAX / 2)); } } // verify values template <typename T> void verify(T* a, T* c, const size_t length) { bool errorFlag = false; for (size_t i = 0; i < length; i++) { if (a[i] != c[i]) { cout << "Error, " << "i = " << i << ", a = " << a[i] << ", c = " << c[i] << endl; errorFlag = true; break; } } if(!errorFlag) cout << "Ok!" << endl; } // C++の関数名にデータ型を含ませない template <typename T> void ccmpeq(T* c, const T cmpValue, const size_t length, const T value) { for (size_t i = 0; i < length; i++) // by C++ { if (c[i] == cmpValue) { c[i] = value; } } } template <typename T> void ccmplt(T* c, const T cmpValue, const size_t length, const T value) { for (size_t i = 0; i < length; i++) // by C++ { if (c[i] < cmpValue) { c[i] = value; } } } template <typename T> void ccmple(T* c, const T cmpValue, const size_t length, const T value) { for (size_t i = 0; i < length; i++) { if (c[i] <= cmpValue) { c[i] = value; } } } template <typename T> void ccmpne(T* c, const T cmpValue, const size_t length, const T value) { for (size_t i = 0; i < length; i++) { if (c[i] != cmpValue) { c[i] = value; } } } template <typename T> void ccmpge(T* c, const T cmpValue, const size_t length, const T value) { for (size_t i = 0; i < length; i++) { if (c[i] >= cmpValue) { c[i] = value; } } } template <typename T> void ccmpgt(T* c, const T cmpValue, const size_t length, const T value) { for (size_t i = 0; i < length; i++) { if (c[i] > cmpValue) // "!<=" -> ">" { c[i] = value; } } } // print elapsed time void print_elTime(char* prompt, clock_t start, clock_t end) { float elapsed = static_cast<double>(end - start) / CLOCKS_PER_SEC * 1000.0; printf(prompt); printf("%10.3f [ms]\n", elapsed); }
