如何获得英特尔架构 SIMD __m128 的标志

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何获得英特尔架构 SIMD __m128 的标志

【英文标题】：How do I get the sign of an intel Architecture SIMD __m128

【发布时间】：2018-01-21 02:53:33

【问题描述】：

据我所知，“_mm_sign_ps”不存在：给定一个具有四个浮点值的 __m128 值，SIMD 指令或 SIMD 指令列表会将其转换为具有四个浮点值的 __m128 值点值包含：

+1，如果四个的原始值为正且大于零。 0，如果四个的原始值为零。 -1，如果四个的原始值为负数且小于零。

【参考方案1】：

SSE 确实与此完全不匹配。首先，比较函数不会导致±1.0f，而是如果条件为真则设置所有位，或者如果条件为假则不设置任何位。此外，您要求进行三向比较，如果值为“零”，则结果为“零”（“零”在引号中，因为您实际上并未指定您想要正零还是负零；IEEE 754两者都有）。如果您可以重新定义问题以更好地匹配 SSE 提供的内容，您的情况会好多。

也就是说：

__m128 foo (__m128 value) 
  const __m128 zero = _mm_set_ps1 (0.0f);

  __m128 positives = _mm_and_ps(_mm_cmpgt_ps (value, zero), _mm_set_ps1(1.0f));
  __m128 negatives = _mm_and_ps(_mm_cmplt_ps (value, zero), _mm_set_ps1(-1.0f));

  return _mm_or_ps(positives, negatives);

我不知道你打算用它来做什么，但如果你对按位运算感到满意，那么你很有可能会弄清楚如何使用单个 _mm_cmpgt_ps、_mm_cmpge_ps 、_mm_cmplt_ps 或 _mm_cmple_ps。

【讨论】：

为了将数轴划分为三个等价类，至少需要进行两次比较。

是的，这就是为什么我在答案中有两个比较。但是，通常没有必要以不同的方式对待零，因此，如果您小心处理问题的方式，则可以将所有内容简化为一个比较，甚至可能不需要将 0xffffffff 转换为 ± 1.0f.

我猜他们可能想乘以这个，（条件符号翻转或零），在这种情况下，它只需要几个布尔值和一个 cmpeq_ps。

【参考方案2】：

SSE 不会自然/有效地以这种方式用于浮点/双精度。你到底想用-1.0f / 0.0f / 1.0f sgn(x) 值做什么？

您可能应该优化将这些 FP 值实际保存在寄存器中的步骤，并直接使用比较掩码结果。你问的问题是an X-Y problem 的标志。是的，您实际上可以实现这一点，但通常您不应该这样做。

例如，您可以使用布尔 AND 或 compare+AND 来获取符号位的掩码，然后可以使用布尔 XOR (_mm_xor_ps()) 来翻转另一个设置了这些位的向量中的符号位，然后离开修改对应元素中未设置符号位的元素。

（FP 否定就像翻转符号位一样简单，因为 IEEE-754 二进制格式使用符号/大小表示。）

但要小心-0.0，因为它设置了符号位。如果您想根据相应元素为零来将元素归零，并为其他元素翻转或不翻转，您可以使用几个布尔运算，然后用 _mm_cmpeq_ps 的结果对 0.0 进行屏蔽。 （这对于 0.0 和 -0.0 是正确的）。

例如：

// SSE2  v * sgn(src), except we treat src=NaN as src=0

__m128 mul_by_signum(__m128 v, __m128 src)

    __m128 signbits = _mm_and_ps(src, _mm_set1_ps(-0.0));  // epi32(1<<31)
    __m128 flipped = _mm_xor_ps(v, signbits);

    __m128 nonzero = _mm_cmpne_ps(src, _mm_setzero_ps());
    return _mm_and_ps(flipped, nonzero);

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对于整数，有SSSE3 psignb/w/d，它将根据源为正/零/负在目标中保留/零/否定元素。如果目的地为_mm_set1_epi32(1)，它将为您提供一个包含 1/0/-1 个元素的向量。

您不能对 FP 数据有用地使用它，因为 FP 使用符号/大小而不是 2 的补码。而且因为它检查整数零，所以-0.0 看起来像一个负数。

顺便说一句，您没有提到您希望 NaN FP 输入发生什么。不要忘记 FP 比较有 4 种可能的结果：高于/等于/低于，或者如果一个或两个操作数都是 NaN，则无序。 （因此，为了与零进行比较，您可以使用正数、零、负数或 NaN）。

【讨论】：

不幸的是，您对 X-Y 问题的看法是正确的。我真正想做的是使用 SIMD 规范化一组 SOA 向量，其中一些从 [0, 0, 0] 开始，但没有任何 +/-Inf 或 NaN 结果结束。符号问题只是我想出的复杂解决方案的一部分。我应该编辑这个问题，还是创建一个新问题？

@NarftheMouse：哦，这相对容易。 nonzero_magnitude = _mm_cmpne_ps(sum_of_squares, 0.0);，然后使用它来将产生 0 / 0 的元素的除法（或 rsqrtps）结果掩码为 0.0。因此只需一个额外的 cmpps 和一个额外的 andps 即可将其中的元素归零输入产生 Inf 或 NaN。作为奖励，与早期的临时结果进行比较而不是检查最终结果是否为 NaN 会使比较脱离延迟关键路径。我认为以前有人问过这个问题（至少有一些关于一般想法的问题），但如果你找不到它，一定要问一个新问题。

好的，谢谢。我会在实施后回复您。