给定一个 int 偏移向量，如何使用 AVX512 内在函数收集单个字节？

Posted 2023-02-16

【中文标题】给定一个 int 偏移向量，如何使用 AVX512 内在函数收集单个字节？

【英文标题】：How can I gather single bytes with AVX512 intrinsics, given a vector of int offsets?

【发布时间】：2020-05-09 18:49:07

【问题描述】：

我有一个基地址 (uint8_t*) 和一个包含 16 个偏移量的向量 (__m512i)。 我最终需要一个 __m128i，其中包含从 16 个不同内存位置收集的 16 个字节。

至于现在我明白了，没有这种原语，我能用的只有

uint8_t base;
__m512i offsets;
__m512i values = _mm512_i32gather_epi32(base, offsets, 1);

这给了我一个 __m512i 我有的地方

Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj Vjjj

（j 是垃圾，V 是我感兴趣的值）

现在我需要重新打包数据，以便最终得到一个只有我感兴趣的数据的向量，但我越来越困惑，我什至不知道我是否遵循正确的接近。

【问题讨论】：

我相信你的意思是SSE/AVX，因为MMX只支持64位向量寄存器。

MMX 是过时的 64 位向量，例如 __m64 内在函数。 __m128i 是 SSE/AVX/AVX512 可以使用的最窄。 _mm512_i32gather_epi32 是 AVX512。如果您使用的是 AVX512 数据集，则在 xmm0 等 XMM 寄存器和 mm0 等 MMX 寄存器之间反弹数据是没有用的。可能你想要AVX512F __m128i _mm512_cvtepi32_epi8(__m512i)，如果你确定你可以安全地读取你真正想要的每个字节末尾的 3 个字节。

相关：AVX2 byte gather with uint16 indices, into a __m256i 查看使用标量插入手动收集的性能，并讨论但未显示 vpgatherdd 的代码。

你为什么不接受下面的精彩回答？

【参考方案1】：

您正在寻找的随机播放是 AVX512F 的一部分：_mm512_cvtepi32_epi8 (VPMOVDB)。有趣的事实：如果你愿意，它甚至可以以内存目标存储的形式出现，尽管在 Skylake-avx512 硬件上它并不比正常效率高。 （它确实允许在没有 AVX512BW 的 Xeon Phi 上进行字节屏蔽存储。）

是的，如果您可以安全地读取每个字节元素末尾之后的 3 个字节的垃圾without risk of faulting from touching an unmapped page，dword 收集 + 打包可能是您的最佳选择。特别是如果它们不太可能跨越缓存行或特别是页面边界。如果您的索引对最坏情况的字节位置存在偏差，请考虑以不同方式对齐源数据或执行其他操作。

如果索引中有任何类型的模式，这可以提高手动加载+随机播放的效率，特别是如果单个向量加载可以跨越您想要的多个值。即使只有固定的步幅，也值得考虑循环索引以使用vpinsrb 或其他东西一次插入一个元素，如AVX2 byte gather with uint16 indices, into a __m256i。但是使用最近的硬件 (Skylake) 和宽向量（尤其是 AVX512），聚集非常好，每个时钟可以接近 0.5 个元素。

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_mm512_i32gather_epi32 的操作数顺序错误，base 当然需要是指针，而不是标量 uin8_t：

__m128i bytegather(uint8_t *base, __m512i offsets)

    __m512i values = _mm512_i32gather_epi32(offsets, base, 1);
    return _mm512_cvtepi32_epi8(values);   // pack with truncation.

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对于带有_mm256_i32gather_epi32 的 AVX2 版本，您必须使用不同的随机播放。也许提取高半部分，左移，字混合（vpblendw），所以你想要的所有字节都在一个__m128i中。然后vpshufb (_mm_shuffle_epi8) 把你想要的8个字节打包到寄存器的底部？

在聚集之前从高半部分的索引中减去一两个可以避免需要移位，因此您想要的字节位于 dword 元素中的不同位置。但请注意，这意味着如果 index=0 您是从表格开始之前加载的。因此，如果可能出现段错误，则不能这样做。 （而且这对性能来说可能是个坏主意）。

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如果您有多个这样的向量，并希望最终从 4 个偏移向量中构建一个 __m512i 字节，您可以考虑使用 2 输入打包指令（如 _mm512_packs_epi32@ 987654324@) 最终使用 qword shuffle 来修复车道内行为。但是这些包只有饱和版本，没有截断，而且首先从每个输入中清除高垃圾需要额外的指令。

也许最好使用_mm512_permutex2var_epi16 (vpermt2w) 作为第一步，尽管它需要在 Skylake-X 上花费多个 shuffle 微指令，不幸的是即使在 vpermb 是单微指令的 Ice Lake 上也是如此。您需要计算总的 shuffle uops 以从 4 个 __m512i 输入中产生一个 __m512i 并查看哪个最便宜，因为这与使用 _mm512_cvtepi32_epi8 截断到 __m128i 然后建立备份。