SIMD Data Layout Templates について

目的

C++ プログラムは、多くの場合、高レベル・オブジェクトとしてアルゴリズムを表現できます。 多くのアルゴリズムには、処理が必要なデータセットがあります。 データセットは POD (Plain Old Data) 型のオブジェクトの配列として表現されることが一般的で、開発者はよく std::vector のような C++ 標準テンプレート・ライブラリーのコンテナーを使用して配列を表現します。 次に例を示します。

struct Point3s 
{
    float x;
    float y;
    float z;
	   // ヘルパーメソッド
};

std::vector<Point3s> inputDataSet(count);
std::vector<Point3s> outputDataSet(count);

for(int i=0; i < count; ++i) {
  Point3s inputElement = inputDataSet[i];
  Point3s result = // inputElement の変換はほかの反復に依存していないため、// オブジェクト・ヘルパー・メソッドを使用してアルゴリズムを高レベルに保つことが可能
  outputDataSet[i] = result;
}

可能な場合、コンパイラーは上記のループのベクトル化を試みます。しかし、構造体配列 (AoS) データセットをベクトルレジスターに読み込むためのオーバーヘッドのほうが、ベクトル化によって得られるパフォーマンス・ゲインを上回ります。 このようなプログラムは、SDLT コンテナーと SIMD フレンドリーな内部メモリーレイアウトの使用に適しています。 SDLT コンテナーは、メモリーレイアウトとオブジェクトのオリジナルの表現との間でプリミティブをインポート/エクスポートできるように、accessor オブジェクトを提供します。 次に例を示します。

SDLT_PRIMITIVE(Point3s, x, y, z)

sdlt::soa1d_container<Point3s> inputDataSet(count);
sdlt::soa1d_container<Point3s> outputDataSet(count);

auto inputData = inputDataSet.const_access();
auto outputData = outputDataSet.access();

#pragma forceinline recursive
#pragma omp simd
for(int i=0; i < count; ++i) {
  Point3s inputElement = inputData[i];
  Point3s result = // inputElement の変換はほかの反復に依存していないため、// オブジェクト・ヘルパー・メソッドを使用してアルゴリズムを高レベルに保つことが可能
  outputData[i] = result;
}

ループ内のローカル変数をループ・インデックスを使用してインポート/エクスポートする場合、コンパイラーのベクトル化機能は SIMD フレンドリーなデータ形式にアクセスし、可能な場合ユニットストライドのロードを実行します。 コンパイラーは、ループ内のローカル・オブジェクトにループの外側からアクセスできないことを証明できる場合、ループ・オブジェクトのプライベート表現を配列構造体 (SoA) に変換して最適化できます。 上記の例では、コンテナーのメモリーレイアウトは配列構造体 (SoA) で、ユニットストライドのロードが生成されます。 コンテナーはアライメントされたメモリーを割り当て、アクセサー・オブジェクトはコンパイラーがコード生成を最適化できるように正しいアライメント情報を知らせます。

このドキュメントは SDLT バージョン 2 に対応しています。本バージョンでは、N 次元コンテナーのサポートが追加されています。

下位互換性

バージョン 2 のパブリック・インターフェイスは、バージョン 1 のインターフェイスと完全な下位互換性があります。

下位互換性には、次のものが含まれます。

• 既存のソースコードとの互換性。
  • SDLT v1 パブリック API (非内部インターフェイス) を使用するソースコードは、変更することなく SDLT v2 ヘッダーで再コンパイルできます。
• バイナリー互換。
  • SDLT v2 API は新しい名前空間 sdlt::v2 にあるため、SDLT v2 の すべての ABI リンクが sdlt 名前空間にある既存の SDLT v1 ABI と競合することはありません。
  • 内部で SDLT v1 を使用している動的にリンクされるライブラリーは、SDLT v2 を使用してプログラムにリンクすることができます。また、その逆についても同じことが言えます。
• ライブラリーのパブリック API (ABI) の一部としての SDLT コンテナーやアクセサーの引き渡し。 ABI の一部として SDLT が使用されている場合、そのライブラリーと呼び出しコードは同じ SDLT バージョンを使用する必要があります。 異なるバージョンを使用することはできません。

この互換性は、内部実装には適用されません。SDLT v1 の内部実装は、v2 での追加部分と一致するように更新されました。そのため、内部インターフェイスに依存するコードの下位互換性は保証されません。

古いインターフェイス

sdlt::fixed_offset<>

sdlt::fixed<>

sdlt::aligned_offset<>

sdlt::aligned<>