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c++ - CPU 内部并行化

coder 2024-02-14 原文

我一直在研究 Xorshift* 随机数生成器，我遇到了 this探索它们的属性。从该站点引用(强调我的):

How can a xorshift64* generator be slower than a xorshift1024* generator?

Dependencies. The three xor/shifts of a xorshift64* generator must be executed sequentially, as each one is dependent on the result of the previous one. In a xorshift1024* generator two of the xor/shifts are completely independent and can be parallelized internally by the CPU. I also suspect that the larger state space makes it possible for the CPU to perform more aggressively speculative execution (indeed, a xorshift128* generator is slower than a xorshift1024* generator).

CPU 语句内部的这种并行化是什么意思？我认为这意味着 CPU 将使用 vector 指令同时执行两个异或/移位，但我无法在编译器的汇编输出中看到这方面的证据。这是深度 CPU 流水线吗？或者我应该能够看到生成的汇编器中发生了什么？

最佳答案

是的，这是一个 instruction-level parallelism

基本上这样的 CPU 将拥有比每条指令所需的更多的可用执行硬件，因此它在可用资源上“展开”一堆指令，然后将结果合并回来，这样对于程序员来说，它仍然看起来事情是按顺序发生的。

如果您擅长的话，您可以看到两条相邻的指令都有效，但没有依赖性。例如，它们可能仅在非重叠的寄存器组上运行。对于这种情况，您可以猜测它们可能是并行执行的，从而导致该特定代码位的每周期指令值很高。

为了更具体一点，让我们看一下您正在谈论的两段代码(同时:我的学习机会)。

这是 xorshift64* 的核心:

x ^= x >> 12; // a
x ^= x << 25; // b
x ^= x >> 27; // c
return x * 2685821657736338717LL;

实际上，这就是函数中的所有代码(x 是一个 uint64_t)。很明显，每一行都涉及到状态并对其进行修改，因此每条语句都依赖于它之前的语句。作为对比，这里是 xorshift1024+:

uint64_t s0 = s[ p ];
uint64_t s1 = s[ p = ( p + 1 ) & 15 ];
s1 ^= s1 << 31; // a
s1 ^= s1 >> 11; // b
s0 ^= s0 >> 30; // c
return ( s[ p ] = s0 ^ s1 ) * 1181783497276652981LL;

这里，全局状态在 uint64_t s[16], p 变量中。鉴于此，带有 //c 注释的行可能不是很清楚，但至少有些暗示，不与其之前的行共享任何状态。因此，它同时进行轮类和 XOR(即“工作”)，这与之前正在完成的类似工作是独立的。因此，超标量处理器或许能够或多或少地并行运行这两条线。

关于c++ - CPU 内部并行化，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/28764627/

amp43xorshiftcodesectionc++cperformanceprng

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