Реализовать SIMD на java

136

05 января 2020, 11:20

У меня есть задача реализовать сортировку пузырьком архитектурой Флинна а именно Simd. В Simd сказано, что это должны быть векторные операции, но никаких примеров на Java не смог найти. Понятия не имею как это сделать.

SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными - элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производится либо процессорной матрицей, как в ILLIAC IV, либо с помощью конвейера, как, например, в машине CRAY-1.

Answer 1

В Java-коде сейчас нет возможности явно указать компилятору место, где нужно использовать инструкции SIMD (JNI в расчет не берется), т.к. в байткод-инструкциях JVM нет такой команды. Однако, т.к. JVM перегоняет байткод в нативный, при этом анализируя его, то можно посоветовать JVM делать эту перегонку по-возможности используя инструкции SIMD. Это делается при помощи опции -XX:+UseSuperWord

Answer 2

В случае вычислений с использованием целочисленный типов JVM может преобразовать операции над значениями хранящихся в массивах в SIMD инструкции. Например такой код:

int[] x = ...
int[] y = ...
int[] z = ...
for (int i = 0; i < x.length; i++) {
    z[i] = x[i] * y[i];
}

может быть развернут в SIMD:

+-------+-------+-------+-------+
|   x3  |   x2  |   x1  |   x0  | xmm0
+-------+-------+-------+-------+
    *       *       *       *
+-------+-------+-------+-------+
|   y3  |   y2  |   y1  |   y0  | xmm1
+-------+-------+-------+-------+
    =       =       =       =
+-------+-------+-------+-------+
|   z3  |   z2  |   z1  |   z0  | xmm0
+-------+-------+-------+-------+

К сожалению это не сработает в случае вычислений с плавающей запятой (float), JVM не будет использовать SIMD, так как операции над float не ассоциативны, то есть 0.1 + (0.2 + 0.3) != (0.1 + 0.2) + 0.3.

Я не писал числодробилок и темой знаком плохо, но ранее мне попадались статьи вроде этой http://prestodb.rocks/code/simd/

В статье, поимо тестов производительности, приведен пример того, как можно убедится что JVM в момент исполнения генерирует нужный ассемблер, для этого есть ключ: -XX:CompileCommand=print,*BenchmarkSIMDBlog.increment где BenchmarkSIMDBlog эти имя класса из примера по ссылке, то есть его нужно будет поменять на свой.