System.Numerics.Vector <T> .NET Framework'te Başlatma Performansı

Question

System.Numerics.Vector, SIMD desteğini .NET Core ve .NET Framework'e getirir. .NET Framework 4.6+ ve .NET Core üzerinde çalışır.

// Baseline
public void SimpleSumArray() 
{
    for (int i = 0; i < left.Length; i++)
        results[i] = left[i] + right[i];
}

// Using Vector<T> for SIMD support
public void SimpleSumVectors() 
{
    int ceiling = left.Length / floatSlots * floatSlots;
    
    for (int i = 0; i < ceiling; i += floatSlots)
    {
        Vector<float> v1 = new Vector<float>(left, i);
        Vector<float> v2 = new Vector<float>(right, i);
        (v1 + v2).CopyTo(results, i);
    }
    for (int i = ceiling; i < left.Length; i++)
    {
        results[i] = left[i] + right[i];
    }
}

Maalesef, Vector'un başlatılması sınırlayıcı adım olabilir. Bunu aşmak için, çeşitli kaynaklar, kaynak diziyi Vektörler [1] [2] dizisine dönüştürmek için MemoryMarshal kullanılmasını önerir. Örneğin:

// Improving Vector<T> Initialization Performance
public void SimpleSumVectorsNoCopy() 
{
    int numVectors = left.Length / floatSlots;
    int ceiling = numVectors * floatSlots;
    // leftMemory is simply a ReadOnlyMemory<float> referring to the "left" array
    ReadOnlySpan<Vector<float>> leftVecArray = MemoryMarshal.Cast<float, Vector<float>>(leftMemory.Span);
    ReadOnlySpan<Vector<float>> rightVecArray = MemoryMarshal.Cast<float, Vector<float>>(rightMemory.Span);
    Span<Vector<float>> resultsVecArray = MemoryMarshal.Cast<float, Vector<float>>(resultsMemory.Span);
    for (int i = 0; i < numVectors; i++)
        resultsVecArray[i] = leftVecArray[i] + rightVecArray[i];
}

Bu , .NET Core üzerinde çalışırken performansta önemli bir gelişme sağlar :

|                 Method |      Mean |     Error |    StdDev |
|----------------------- |----------:|----------:|----------:|
|         SimpleSumArray | 165.90 us | 0.1393 us | 0.1303 us |
|       SimpleSumVectors |  53.69 us | 0.0473 us | 0.0443 us |
| SimpleSumVectorsNoCopy |  31.65 us | 0.1242 us | 0.1162 us |

Ne yazık ki, .NET Framework üzerinde , vektörü bu şekilde başlatmanın tam tersi bir etkisi vardır. Aslında daha kötü performansa yol açar:

|                 Method |      Mean |    Error |   StdDev |
|----------------------- |----------:|---------:|---------:|
|         SimpleSumArray | 152.92 us | 0.128 us | 0.114 us |
|       SimpleSumVectors |  52.35 us | 0.041 us | 0.038 us |
| SimpleSumVectorsNoCopy |  77.50 us | 0.089 us | 0.084 us |

Vector'un .NET Framework üzerinde başlatılmasını optimize etmenin ve .NET Core ile benzer performans elde etmenin bir yolu var mı? Bu örnek uygulama [1] kullanılarak ölçümler yapılmıştır.

[1] https://github.com/CBGonzalez/SIMDPerformance

[2] https://stackoverflow.com/a/62702334/430935

Answer 1

Bildiğim kadarıyla, bir vektörü .NET Framework 4.6 veya 4.7'ye yüklemenin tek etkili yolu (muhtemelen bu Unsafe.Read<Vector<float>>, 5.0'da değişecektir) güvenli olmayan kod kullanmaktır, örneğin (veya uygunsa, uygun olmayan varyantını kullanmak):

public unsafe void SimpleSumVectors()
{
    int ceiling = left.Length / floatSlots * floatSlots;

    fixed (float* leftp = left, rightp = right, resultsp = results)
    {
        for (int i = 0; i < ceiling; i += floatSlots)
        {
            Unsafe.Write(resultsp + i, 
                Unsafe.Read<Vector<float>>(leftp + i) + Unsafe.Read<Vector<float>>(rightp + i));
        }
    }
    for (int i = ceiling; i < left.Length; i++)
    {
        results[i] = left[i] + right[i];
    }
}

Bu, System.Runtime.CompilerServices.UnsafeNuGet aracılığıyla alabileceğiniz paketi kullanır , ancak bu olmadan da yapılabilir.