Warum wirkt sich die Änderung eines Schleifenzählers von 32-Bit auf 64-Bit dramatisch auf die Leistung von _mm_popcnt_u64 auf Intel-CPUs aus?

Das Ersetzen eines 32-Bit-Schleifenzählers durch einen 64-Bit führt zu verrückten Leistungsabweichungen mit _mm_popcnt_u64 auf Intel-CPUs

Problemübersicht

Die Leistung eines Popcount-Benchmarks schwankte drastisch, als die Schleifenzählervariable von geändert wurde 32-Bit ohne Vorzeichen auf 64-Bit ohne Vorzeichen, obwohl die Änderung offenbar keinen Einfluss auf die grundlegende Funktionsweise der Schleife hat.

Frage

1. Warum gibt es so etwas? Gibt es einen Leistungsunterschied zwischen der Verwendung eines 32-Bit- und eines 64-Bit-Schleifenzählers?
2. Wie kann ein nicht konstanter Puffer ersetzt werden? size mit einem konstanten Wert führt zu langsamerem Code?
3. Wie macht das Hinzufügen des Schlüsselworts „static“ zur Puffergrößenvariablen die 64-Bit-Schleife schneller?

Antwort

1. Der Leistungsunterschied ist auf eine falsche Datenabhängigkeit in der popcnt-Anweisung auf Intel-CPUs zurückzuführen.

Wenn der Schleifenzähler 32-Bit ist, werden die popcnt-Anweisungen in jeder Schleifeniteration unabhängig ausgeführt, was eine Parallelität ermöglicht Ausführung. Wenn der Schleifenzähler jedoch 64-Bit ist, wird eine falsche Datenabhängigkeit zwischen den popcnt-Anweisungen eingeführt, wodurch eine parallele Ausführung dieser Anweisungen unmöglich wird. Diese Abhängigkeit wird dadurch verursacht, dass das Zielregister für die popcnt-Anweisung für die nächste Iteration wiederverwendet wird, wodurch eine künstliche Abhängigkeit entsteht, die die Leistung einschränkt.

2. Das Ersetzen einer nicht konstanten Puffergröße durch einen konstanten Wert kann den Code verlangsamen, da es den Compiler daran hindert, einige Optimierungen durchzuführen.

Bei einer konstanten Puffergröße kennt der Compiler die genaue Größe des Puffers zur Kompilierungszeit, was effizientere Speicherzugriffsmuster und Befehlsplanung ermöglichen kann. Allerdings muss der Compiler bei einer nicht konstanten Puffergröße von einem Worst-Case-Szenario ausgehen, was zu weniger optimiertem Code führen kann.

3. Durch das Hinzufügen des Schlüsselworts „static“ zur Puffergrößenvariablen wird die 64-Bit-Schleife schneller, da die Puffergröße dadurch zu einer Konstante zur Kompilierungszeit wird, sodass der Compiler zusätzliche Optimierungen durchführen kann.

Durch die Erstellung von Da die Puffergröße eine Konstante zur Kompilierungszeit ist, kann der Compiler die Speicherzugriffsmuster und die Befehlsplanung aggressiver optimieren, was zu schnellerem Code führt.

Lektionen Gelernt

Selbst kleine Änderungen in einer Schleife können aufgrund unerwarteter Abhängigkeiten oder Compileroptimierungen erhebliche Auswirkungen auf die Leistung haben. Es ist wichtig, diese Abhängigkeiten zu verstehen und zu verstehen, wie sie sich auf die Leistung auswirken, um effizienten Code schreiben zu können.

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