AVX ロード/ストア操作を使用するときにアライメントの問題を処理するにはどうすればよいですか?

AVX ロード/ストア操作でのアライメントの問題に対処する方法

問題:

AVX 組み込み関数で YMM レジスタを使用する場合、開発者は配置の問題に遭遇し、そうでないメモリアドレスに保存しようとするとプログラムがクラッシュする可能性があります。 32 バイト境界に適切に配置されます。このアライメントの問題は、最適なパフォーマンスを得るために YMM レジスタが 32 バイトのアライメントを必要とするという事実によって発生します。

回避策:

この問題を解決するには、開発者は AVX をアライメントなしで利用できます。ロード/ストア組み込み関数 _mm256_loadu_ps / storeu。これらの組み込みにより、データが適切に配置されていない場合でも、データをロードまたは保存できます。非整列メモリ アクセスを使用すると、パフォーマンスがわずかに低下する可能性がありますが、プログラムはクラッシュせずに実行できます。

ベスト プラクティス:

最適なパフォーマンスを得るには、次のようにします。一般に、可能な限りデータを 32 バイト境界に揃えることをお勧めします。これは、配列または構造体を宣言するときに alignas(32) を使用して実現できます。デフォルトでは、new と malloc は max_align_t のアラインメントでメモリを割り当てますが、AVX 操作には不十分な可能性があります。

代替:

• new( std::align_val_t(32)): C 17 以降では、この構文32 バイト アライメントでメモリを明示的に割り当てるために使用できます。
• std::aligned_alloc(32, size): この関数は、32 バイト アライメントでメモリの割り当てを試みます。ただし、サイズは 32 の倍数である必要があることに注意することが重要です。
• posix_memalign: この POSIX 関数は、任意の位置合わせでメモリを割り当てることができます。ただし、標準化されていないため、すべてのプラットフォームで使用できるわけではありません。
• _mm_malloc: この Intel 関数は、32 バイト アライメントでメモリを割り当てます。ただし、Intel の MKL (_mm_whatever_ps) 関数とのみ互換性があり、標準の C または C メモリ管理関数とは互換性がありません。
• mmap / VirtualAlloc: システムレベルの関数を使用してメモリを割り当てることができます。特定の配置とページ権限を使用します。このアプローチは通常、大規模なメモリ割り当ての場合に推奨されます。

追加の考慮事項:

• 配列/構造体の配列: C 11 以降では、配列または構造体のメンバーに対して alignas(32) を使用して、 32 バイトのアライメント。
• C 17 のアライメント: C 17 では、__m256 などの特定の型に自動アライメントが導入され、正しいアライメントで割り当てられるようになります。
• トレードオフ: 調整要件とパフォーマンスの考慮事項のバランスを取ることが重要です。アライメントされていないメモリ アクセスはパフォーマンスの低下につながる可能性があるため、必要な場合にのみ使用してください。

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