為什麼更改循環計數器的位寬會影響 Intel CPU 上的 _mm_popcnt

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為什麼更改循環計數器的位寬會影響 Intel CPU 上的 _mm_popcnt_u64 效能？

Mary-Kate Olsen

Dec 05, 2024 pm 02:07 PM

Why Does Changing a Loop Counter's Bit Width Impact _mm_popcnt_u64 Performance on Intel CPUs?

用64 位元取代32 位元循環計數器可能會導致Intel CPU 上的_mm_popcnt_u64 出現顯著的效能偏差

出現此問題的原因錯誤的資料依賴性，具體來說，
_mm_popcnt_u64指令對其目標暫存器存在錯誤依賴性，導致其在執行之前等待目標暫存器準備就緒。這種依賴性可以跨循環迭代進行，使處理器難以並行化不同的循環迭代。

循環變數類型的選擇（無符號與uint64_t）影響暫存器分配器

將暫存器分配給變量，導致_mm_popcnt_u64的暫存器分配和錯誤依賴鏈存在差異

在大小變數前面插入static 關鍵字

可以改變暫存器分配並打破錯誤的依賴鏈。在某些情況下，這可以透過消除對目標暫存器的交叉迭代依賴來提高效能。

要緩解此問題並實現一致的性能：

考慮使用內聯彙編來控制寄存器分配並打破錯誤的依賴關係
避免在循環迭代中對多個_mm_popcnt_u64指令使用相同的暫存器。
如果可能，請使用循環變數類型（例如，無符號vs. uint64_t）打破了錯誤的依賴關係
使用靜態變數或其他技術來確保變數分配到特定的暫存器。
在不同的編譯器上測試各種替代方案 決定特定平台和編譯器組合的最佳效能程式碼。
利用高階編譯器最佳化技術，例如循環展開和向量化，以進一步提高效能。

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