嵌套循环的 OpenMP SIMD 矢量化

Posted 2023-02-19

【中文标题】嵌套循环的 OpenMP SIMD 矢量化

【英文标题】：OpenMP SIMD vectorization of nested loop

【发布时间】：2016-03-20 07:18:19

【问题描述】：

我正在尝试使用 OpenMP 4.0 的 simd 功能对嵌套循环进行矢量化，但恐怕我做错了。我的循环如下所示：

do iy = iyfirst, iylast
    do ix = ixfirst, ixlast

        !$omp simd
        do iz = izfirst, izlast

            dudx(iz,ix,iy) = ax(1)*( u(iz,ix,iy) - u(iz,ix-1,iy) )
            do ishift = 2, ophalf
                dudx(iz,ix,iy) = dudx(iz,ix,iy) + ax(ishift)*( u(iz,ix+ishift-1,iy) - u(iz,ix-ishift,iy) )
            enddo

            dudx(iz,ix,iy) = dudx(iz,ix,iy)*buoy_x(iz,ix,iy)

        enddo
        !$omp end simd

    enddo
enddo

请注意，ophalf 是一个小整数，通常为 2 或 4，因此矢量化 iz 循环而不是最内层循环是有意义的。

我的问题是：我必须将ishift 标记为私有变量吗？

在标准 OpenMP parallel do 循环中，您当然需要 private(ishift) 以确保其他线程不会踩到彼此的数据。然而，当我将第一行改写为 !$omp simd private(ishift) 时，我得到了 ifort 编译错误：

错误 #8592：在 SIMD 区域内，不得在 PRIVATE SIMD 子句中指定 DO 循环控制变量。 [换档]

在网上查找，我找不到任何成功解决此问题的方法。在我看来，ishift 应该是私有的，但编译器不允许这样做。内部循环变量是否自动强制为私有？

后续问题：稍后，当我在iy 循环周围添加omp parallel do 时，我应该在omp parallel do 指令、omp simd 指令中包含private(ishift) 子句还是两者都包含？

感谢您的澄清。

【问题讨论】：

针对常见情况展开专门化的循环。

简单的omp simd 构造不是多线程的，它们是不同的向量化的。您保留循环的主体，但将标量指令替换为向量指令。如果您尝试自己手动编写此矢量化版本，您会立即明白为什么将ishift 设为私有毫无意义。

谢谢@Gilles。我已经知道你在说什么，但强迫自己试着写出来真的让我更好地理解它，并使你的观点非常明显。你是对的 - ishift 变量不应设为私有。此外，我想不出应该将循环迭代器设为私有的情况，因此 ifort 错误对我来说似乎是合理的。干杯。

我明白我一开始的问题是错的。我以为你在iy 循环周围有omp do private(ishift)。在这种情况下，私人应该不是问题。

【参考方案1】：

涉及 SIMD 的私有子句本质上意味着 ishift 的值对于 SIMD 寄存器中的每个 SIMD 通道都是私有的。当我们对最内层循环进行矢量化时，这是正确的，因为 ishift 是循环感应变量。但是当你进行外循环向量化时，每个 SIMD 通道的 iz 循环索引值都会不同，但给定循环索引 iz，ishift 的值仍然可以从 2 到 ophalf 不等。因此它不符合 SIMD 上下文中的私有子句的条件。

当涉及到多个线程时，您需要 ishift 的副本，因此一个线程递增此变量不会使其他线程跳过该迭代。因此，私有子句对于 omp 并行执行上下文中的 ishift 是有意义的。如果内部循环完全展开并针对循环索引为 iz 的循环进行矢量化，那么检查底层代码生成将会很有趣。