Wie kann die Assembly-Optimierung die Leistung eines Positions-Popcount-Algorithmus für Bytes steigern?

Wie optimiert man diesen 8-Bit-Positional-Popcount mithilfe von Assembly?

Die bereitgestellte Implementierung von __mm_add_epi32_inplace_purego in Go ist aufgrund der teuren Weitergabe nicht optimal von [8]int32 Arrays. Um die Leistung zu verbessern, wird empfohlen, stattdessen einen Zeiger auf das Array zu übergeben.

Die Frage geht jedoch über die Optimierung dieser spezifischen Funktion hinaus und untersucht die Optimierung der inneren Schleife mithilfe von Assembler für einen Algorithmus zur Positionsanzahlzählung von Bytes .

Assembly-Optimierung

Der bereitgestellte Assembler-Code bietet zwei Varianten des Positionspopulationszählalgorithmus:

• 32 Bytes gleichzeitig ohne CSA (Constant Sum Adder)
• 96 Bytes gleichzeitig mit CSA

Eingeführte Verbesserungen

Der Assemblercode nutzt verschiedene Techniken zur Verbesserung Leistung:

• Prefetching: Ruft Daten im Voraus ab, um Cache-Fehler zu reduzieren.
• Vektorisierung: Verwendet SIMD-Anweisungen (Single Instruction Multiple Data). um mehrere Bytes gleichzeitig zu verarbeiten.
• Pop Count Intrinsics: Verwendet intrinsische Funktionen, um die Population von Bits effizient zu zählen.
• Durchführungsoptimierung: Nutzt die Übertragung verschobener Werte, um eine effiziente Bevölkerungszählung durchzuführen.
• 96-Byte-Variante mit CSA: Implementiert eine Technik namens „Constant Sum Addition“, um die Anzahl der Operationen zu reduzieren und zu verbessern Leistung um bis zu 30 %.

Leistungsbenchmarks

Benchmarks zeigen, dass die Baugruppenoptimierungen zu erheblichen Leistungsverbesserungen im Vergleich zu einer naiven Referenzimplementierung in reinem Go führen :

• Reg (32-Byte-Variante): Bis zu 4998,53 MB/s
• RegCSA (96-Byte-Variante mit CSA): Bis zu 16053,40 MB/s

Vollständiger Quellcode

Der vollständige Quellcode für beide Assembly-Varianten ist auf GitHub zu finden. Der Code enthält außerdem eine portable Bibliothek, die für beide Varianten in jedem Go-Programm verwendet werden kann.

Fazit

Durch die Implementierung des Positionspopulationszählalgorithmus in Assembly wird eine erhebliche Leistung erzielt Gewinne erzielt werden können. Der bereitgestellte Assemblercode nutzt verschiedene Optimierungen, um den Durchsatz zu maximieren. Weitere Details und Beispiele finden Sie im GitHub-Repository.

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