Языки программирования SIMD

Question

В последние пару лет я много занимался программированием на SIMD, и большую часть времени я полагался на встроенные функции компилятора (например, для программирования на SSE) или на ассемблер программирования, чтобы добраться до действительно отличных вещей.Однако до сих пор мне с трудом удавалось найти какой-либо язык программирования со встроенной поддержкой SIMD.

Очевидно, что существуют языки шейдеров, такие как HLSL, Cg и GLSL, которые имеют встроенную поддержку для такого рода вещей, однако я ищу что-то, что способно, по крайней мере, компилироваться в SSE без автовекторизации, но со встроенной поддержкой векторных операций.Существует ли такой язык?

Это пример (часть) Cg-шейдера, который выполняет spotlight, и с точки зрения синтаксиса это, вероятно, самое близкое к тому, что я ищу.

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);
}

Материал, который был бы действительно необходим на этом языке, - это:

• Встроенные операторы swizzle
• Векторные операции (точка, пересечение, нормализация, насыщение, отражение и так далее)
• Поддержка пользовательских типов данных (структур)
• Динамическое ветвление было бы неплохо (для циклов, операторов if)

Answer 1

Так недавно Intel выпустила ISPC ( ИСПК ) это именно то, что я искал, задавая этот вопрос.Это язык, который может связываться с обычным кодом C, имеет неявную модель выполнения и поддерживает все функции, упомянутые в начальном сообщении (операторы swizzle, ветвление, структуры данных, векторные операции, подобные шейдерам) и компилируется для векторных инструкций SSE2, SSE4, AVX, AVX2 и Xeon Phi.

Answer 2

Вероятно, ваш лучший выбор - это OpenCL.Я знаю, что в основном это рекламировалось как способ запуска кода на графических процессорах, но ядра OpenCL также могут быть скомпилированы и запущены на процессорах.OpenCL - это в основном C с несколькими ограничениями:

1. Нет указателей на функции
2. Никакой рекурсии

и куча дополнений.В частности, векторные типы:

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

Большим предостережением является то, что код должен быть четко воспроизводимым, OpenCL не может вызывать произвольные библиотеки и т.д.Но если ваши вычислительные ядра достаточно независимы, то вы в основном получаете vector enhanced C, где вам не нужно использовать встроенные компоненты.

Здесь это краткий справочник / cheatsheet со всеми расширениями.

Answer 3

На самом деле это не сам язык, но есть библиотека для Mono (Моно.Simd), который предоставит вам векторы и оптимизирует операции над ними в SSE, когда это возможно:

Answer 4

Это библиотека для C ++, а не встроенная в язык, но Eigen становится довольно незаметным после объявления ваших переменных.

Answer 5

В настоящее время лучшим решением является сделать это самому, создав серверную часть для интерфейса Cg с открытым исходным кодом, выпущенного Nvidia, но я хотел бы сэкономить усилия, поэтому мне любопытно, делалось ли это раньше.Предпочтительно, чтобы я начал использовать его прямо сейчас.

Answer 6

Язык программирования D также предоставляет доступ к SIMD аналогичным образом, чем Mono.SIMD.

Answer 7

Это был бы Fortran, который вы ищете.Если памяти хватит, то даже компиляторы с открытым исходным кодом (g95, gfortran) воспользуются преимуществами SSE, если он реализован на вашем оборудовании.