使用SSE / AVX intinisics时体系结构的效果

Question

我想知道编译器如何处理内在。

如果使用SSE2 Intrinsics（使用 #include＆lt; emmintrin.h＆gt; ），并使用 -mavx flag进行编译。编译器将产生什么？它会生成AVX还是SSE代码？

如果使用AVX2 Intrinsics（使用 #include＆lt; inmintrin.h＆gt; ），并使用 -MSSE2 flag编译。编译器将产生什么？它将仅生成SSE还是AVX代码？

编译器如何处理内在的？
如果有人使用内在，它是否有助于编译器了解循环中的依赖性以更好地进行矢量化？

例如，这里发生了什么 - https：//godbolt.org/z/z/y4j5oa （或） a href =“ https://godbolt.org/z/lzoj2k” rel =“ nofollow noreferrer”> https://godbolt.org/z/lzoj2k ）？
）？ 查看所有三个窗格。

上下文

我试图使用不同的CPU功能（SSE4和AVX2）构建相同功能的各种版本的 。
我正在编写具有SSE Intersics的同一版本，并且曾经使用AVX Interinsics。
假设他们是名称 myFunsse（）和 myfunavx（）。两者都在同一文件中。

如何使编译器（相同的方法适用于MSVC，GCC和ICC）仅使用相应的功能构建每个功能？

Answer 1

GCC和Clang要求您启用所有使用的扩展。否则，这是一个编译时错误，例如错误：inlling inlling inlling inlling inlling drompall ewlast_inline 错误：在呼叫ewland_inline'__m256d _mm256_mask_mask_loadu_pd（__ m256d，__mmask8，const void*）'：目标特定选项不匹配

使用 code> -mmarch = -march = -March = Haswell 或与启用特定扩展相比的任何优先选择，因为这也设置了适当的调整选项。而且，您不会忘记有用的 -mpopcnt ，它将 std :: bitset :: count（） inline a popcnt 指令，并且通过BMI2 SHLX / SHRX （1 UOP vs. 3）

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MSVC和ICC不使用您使用固有信息来散发他们无法自动进行自动化的说明。

如果您使用AVX Interins，则应该肯定会启用AVX。较旧的MSVC而不启用AVX并不总是在需要的情况下自动使用 vzeroupper ，但是已经固定了几年。不过，如果您的整个程序可以假设AVX支持，则一定要告诉编译器，即使对于MSVC，也可以告诉它。

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对于支持GNU扩展名的编译器（GCC，Clang，ICC），您可以使用 __属性__（（目标（target（“ avx”）））））在编译单元中的特定功能上。或者更好， __属性__（（目标（“ Arch = Haswell”）））也许还设置了调谐选项。 （这也启用了您可能不需要的AVX2和FMA。我不确定 target 属性是否设置 -mtune = xx ）。看

__属性__（（target（target（）））将阻止它们与其他目标选项一起将与其他目标选项联系起来，因此请小心在如果功能本身太小，它们将融入其中的功能。在包含循环的函数上使用它，而不是循环中调用的辅助功能。

参见
https://gcc.gc.gnu.org/wiki/functionmultiversmmultiversmitioning 用于在多个目标选项上使用多个目标选项相同函数名称的定义，用于编译器支持运行时调度的定义。但是我认为（MSVC）没有一种方法可以做到这一点。

参见 指定编译器函数的SIMD级别可以使用 以获取有关在GCC/Clang上进行运行时调度的更多信息。

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使用MSVC，您不需要任何东西，尽管像我说的那样，我认为使用没有 ark的 -ark：avx 的AVX Interins通常是一个坏主意，因此您最好将它们放在单独的文件中。但是对于AVX与AVX2 + FMA或SSE2与SSE4.2的SSE2.2，您没事。

只需 #define avx2_function 到空字符串而不是 __属性__（（目标（“ avx2，fma”））））

#if defined(__GNUC__) && !defined(__INTEL_COMPILER)
// apparently ICC doesn't support target attributes, despite supporting GNU C
#define TARGET_HASWELL __attribute__((target("arch=haswell")))
#else
#define TARGET_HASWELL   // empty
 // maybe warn if __AVX__ isn't defined for functions where this is used?
 // if you need to make sure MSVC uses vzeroupper everywhere needed.
#endif


TARGET_HASWELL
void foo_avx(float *__restrict dst, float *__restrict src)
{
   for (size_t i = 0 ; i<1024 ; i++) {
       __m256 v = _mm256_loadu_ps(src);
       ...
       ...
   }
}

使用GCC和Clang，宏扩展到> > __ Attribute __（（（target）） stuff;使用MSVC和ICC，它没有。

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ICC pragma：

记录了您要在AVX函数之前放置的PRAGMA使用 _MM256 内在。

#pragma intel optimization_parameter target_arch=AVX

对于ICC，您可以 #define target_avx ，并且始终在函数之前在线上使用它，您可以在其中放置 __属性__ 或pragma。如果ICC不希望在声明上，您可能还需要单独的宏来定义和声明功能。如果要在它们之后具有非AVX函数，则可以结束AVX功能的宏。 （对于非ICC编译器，这将是空的。）

Answer 2

如果您使用 -mavx2 编译代码，则启用了编译器（通常）将生成所谓的“ VEX编码”指令。对于 _MM_LOADU_PS ，这将生成 vmovups 而不是 Movups 几乎是等效的，除了后者只会修改下部128 lit目标登记册，而前者将使所有超过128位的所有内容归零。但是，它只会在支持至少AVX的机器上运行。 [v] Movips 上的详细信息在这里。

有关其他说明，例如 [v] addps ，avx，avx还有其他附加允许三个操作数的优点（即，目标可能与两个来源不同），在某些情况下可以避免复制寄存器。例如，

_mm_mul_ps(_mm_add_ps(a,b), _mm_sub_ps(a,b));

在为SSE编译时，需要寄存器副本（ Movaps ），但在为AVX编译时不需要：
https://godbolt.org/z/yhn5oa

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关于使用Avx-intrinsics，但不使用AVX编译，要么失败（例如GCC/Clang），要么默默生成相应的说明，然后在没有AVX支持的情况下在机器上失败（有关此详细信息，请参见@petercordes回答）。

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附录：如果要根据体系结构（在编译时）实现不同的功能，则可以使用 #IFDEF __AVX __ 或＃＃＃＃＃＃＃＃＃定义（__ avx __）：<：< a href =“ https://godbolt.org/z/zvao-7” rel =“ nofollow noreferrer”> https://godbolt.org/z/zvao-7

在同一汇编单元中实现它们我认为困难。最简单的解决方案是构建不同的共享图形甚至不同的二进制文件，并具有一个小的二进制文件，该二进制可以检测可用的CPU功能并加载相应的库/二进制文件。我认为有关该主题的相关问题。