SIMD 编程语言

Question

在过去的几年里，我进行了大量的 SIMD 编程，并且大部分时间我一直依赖编译器内部函数（例如用于 SSE 编程的函数）或编程汇编来实现真正漂亮的东西。然而，到目前为止，我几乎找不到任何内置支持 SIMD 的编程语言。

现在显然有一些着色器语言，例如 HLSL、Cg 和 GLSL，它们对这类东西具有原生支持，但是，我正在寻找至少能够在没有自动矢量化但具有内置支持的情况下编译为 SSE 的东西用于向量运算。这种语言存在吗？

这是一个 Cg 着色器的（部分）示例，它进行聚光灯，就语法而言，这可能是最接近我正在寻找的。​​p>

float4 pixelfunction(
    output_vs IN, 
    uniform sampler2D texture : TEX0, 
    uniform sampler2D normals : TEX1, 
    uniform float3 light, 
    uniform float3 eye ) : COLOR
{
    float4 color    = tex2D( texture, IN.uv );
    float4 normal   = tex2D( normals, IN.uv ) * 2 - 1;

    float3 T = normalize(IN.T);
    float3 B = normalize(IN.B);

    float3 N = 
        normal.b * normalize(IN.normal) +
        normal.r * T +
        normal.g * B;

    float3 V = normalize(eye - IN.pos.xyz);
    float3 L = normalize(light - IN.pos);
    float3 H = normalize(L + V);

    float4 diffuse  = color * saturate( dot(N, L) );
    float4 specular = color * pow(saturate(dot(N, H)), 15);
    float falloff   = dot(L, normalize(light));

    return pow(falloff, 5) * (diffuse + specular);
}

在这种语言中真正必须的东西是：

• 内置 swizzle 运算符
• 矢量运算（点、交叉、归一化、饱和、反射等）
• 支持自定义数据类型（结构）
• 动态分支会很好（for 循环、if 语句）

Answer 1

您最好的选择可能是 OpenCL。我知道它主要被宣传为在 GPU 上运行代码的一种方式，但 OpenCL 内核也可以在 CPU 上编译和运行。 OpenCL 基本上是 C 语言，但有一些限制：

1. 没有函数指针
2. 无递归

还有一堆补充。特别是矢量类型：

float4 x = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f);
float4 y = float4(10.0f, 10.0f, 10.0f, 10.0f);

float4 z = y + x.s3210 // add the vector y with a swizzle of x that reverses the element order

需要注意的是，代码必须完全可操作，OpenCL 不能调用任意库等。但是如果您的计算内核相当独立，那么您基本上会得到一个不需要的向量增强 C使用内在函数。

Here 是包含所有扩展的快速参考/备忘单。

Answer 2

这实际上不是语言本身，但有一个 Mono (Mono.Simd) 库，它将向您公开向量并尽可能优化对它们的操作到 SSE：

Answer 3

最近英特尔发布了ISPC，这正是我问这个问题时所寻找的。它是一种可以与普通 C 代码链接的语言，具有隐式执行模型，并支持开始文章中提到的所有特性（swizzle 运算符、分支、数据结构、向量操作、类似着色器），并为 SSE2、SSE4、 AVX、AVX2 和 Xeon Phi 矢量指令。

Answer 4

它是 C++ 的库，而不是内置于语言中，但是一旦声明了变量，Eigen 就完全不可见了。

Answer 5

目前最好的解决方案是自己做，为 Nvidia 发布的开源 Cg 前端创建一个后端，但我想节省自己的努力，所以我很好奇以前是否做过。我最好马上开始使用它。

Answer 6

D 编程语言还以与 Mono.SIMD 类似的方式提供对 SIMD 的访问。

Answer 7

这将是您正在寻找的 Fortran。如果内存服务于开源编译器（g95、gfortran），如果 SSE 在您的硬件上实现，它也会利用它。