发掘函数级单指令多数据向量化的方法

当前面向单指令多数据(SIMD)扩展部件的两类向量化方法分别是循环级向量化方法和超字级并行(SLP)方法。针对当前编译器不能实现函数级向量化的问题,提出一种基于静态单赋值的函数级向量化方法。该方法首先分析程序的变量属性,然后利用一组包括向量函数子句、一致子句、线性子句等编译指示子句指导编译器实现函数级向量化,最后利用变量属性结果对向量化代码进行了优化。从多媒体和图像处理领域选择部分测试用例对所提的函数级向量化的功能和性能在国产申威平台上进行测试,与程序串行执行相比,采用函数级向量化后程序的执行效率更高。实验结果表明函数级向量化可以取得类似任务级并行的加速效果,该方法可以指导自动函数级向量化的实现。

撤单指令与市场信息

撤单行为发生于价格形成之前 ,包含有许多独特的信息含量 .以撤单指令为基础构建一种新的、不同于价格的金融市场分析模式 ,这一模式包括纯噪声市场、同质撤单、异质撤单以及毁约指标等模型 .任何信息都存在着市场生命周期 ,毁约指标将其分为信息扩散阶段和信息耗散阶段 。

单指令计算机体系结构

本文描述了仅仅采用半加器电路来实现单处理计算机系统的方法，在控制单元中仅仅使用一个单个的硬连线指令便可获得一般用途计算机的全部指今集，这样的系统有很多的优点。

基于单指令多数据流技术的视频信息处理优化

文章以H.264编码为例,首先对单指令多数据指令系统进行了简单介绍,并在该技术基础之上,分别从H.264整数离散余弦变换、量化以及运动估计等方面分析和探讨了依托于单指令多数据流技术的视频信息处理的优化方式,与之前的程序编码技术相比较而言,经过优化处理的程序编码速率提升了数倍。

基于单指令多数据技术的H.264编码优化

简要介绍了单指令多数据(Single-Istruction Multiple-Data,SIMD)指令系统,并用该技术对H.264中的整数离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)、量化、插值和运动估计等模块进行了优化,实验结果表明优化后程序的编码速率可达到30fps左右,比未优化时速度提高了6～8倍.

基于单指令多数据流技术的视频信息处理优化

单指令多数据流技术是目前视频信息处理中比较常用的技术,和传统处理技术相比,单指令多数据流技术可通过一个控制器来同时开展多个处理器,每组数据又可实现独立操作和执行,真正意义上实现了视频信息空间上的并行处理。基于此,本文结合理论实践,先分析了单指令多数据流技术的优势,接着探讨了单指令多数据流技术在视频信息处理优化中应用的关键技术,最后提出相应的优化方法并探讨了优化效果,希望对提升视频信息处理质量和效率有一定参考及借鉴。

非正规化循环的单指令多数据向量化

针对非正规化循环的上下界、步长等循环信息不确定的问题,解决了循环条件为逻辑表达式、增量减量语句和do-while循环的正规化问题。对不能正规化的循环提出了一种展开压紧算法,并用超字并行向量化方法发掘展开压紧的结果。实验结果表明,与现有的非正规化循环的单指令多数据(SIMD)向量化方法相比,所提出的转换方法和展开压紧方法能够更好地发掘非正规化循环的向量化特性,生成代码的性能加速比提高了6%以上。

一种单指令多数据向量化归约方法

单指令多数据(SIMD)扩展部件旨在发掘多媒体程序和科学计算程序的数据级并行,归约操作引起的真依赖给发掘程序中的数据级并行带来了阻碍。但体系结构和指令集的差异,使得面向向量机的归约向量化方法并不适用于SIMD扩展部件。针对上述问题,提出一种面向SIMD扩展部件的归约向量代码生成方法,以及归约的识别方法,利用向量移位指令实现向量代码生成。基于SPEC2006标准测试集的测试结果表明,与未利用归约向量化技术前相比,利用该归约向量化方法后的向量化加速比提高34%,从而验证了该方法的有效性。

单指令调度下堆垛机平均行程时间研究

在自动化立体库中,以堆垛机的行程时间为切入点,通过对不同条件下堆垛机水平、竖直方向上的不同运动模式的研究,提出了基于单指令调度模式的不同条件下的堆垛机平均行程时间模型,并通过与Flexsim仿真模型得到的结果进行对比评价,最终验证了模型的准确性。

x86处理器向量条件访存指令安全脆弱性分析

单指令多数据流(Single Instruction stream,Multiple Data streams,SIMD)是一种利用数据级并行提高处理器性能的技术,旨在利用多个处理器并行执行同一条指令增加数据处理的吞吐量.随着大数据、人工智能等技术的兴起,人们对数据并行化处理的需求不断提高,这使得SIMD技术愈发重要.为了支持SIMD技术,Intel和AMD等x86处理器厂商从1996年开始在其处理器中陆续引入了MMX(MultiMedia Extensions)、SSE(Streaming SIMD Extensions)、AVX(Advanced Vector eXtensions)等SIMD指令集扩展.通过调用SIMD指令,程序员能够无需理解SIMD技术的硬件层实现细节就方便地使用它的功能.然而,随着熔断、幽灵等处理器硬件漏洞的发现,人们逐渐认识到并行优化技术是一柄双刃剑,它在提高性能的同时也能带来安全风险.本文聚焦于x86 SIMD指令集扩展中的VMASKMOV指令,对它的安全脆弱性进行了分析.本文的主要贡献如下:(1)利用时间戳计数器等技术对VMASKMOV指令进行了微架构逆向工程,首次发现VMASKMOV指令与内存页管理和CPU Fill Buffer等安全风险的相关性;(2)披露了一个新的处理器漏洞EvilMask,它广泛存在于Intel和AMD处理器上,并提出了3个EvilMask攻击原语:VMASKMOVL+Time(MAP)、VMASKMOVS+Time(XD)和VMASKMOVL+MDS,可用于实施去地址空间布局随机化攻击和进程数据窃取攻击;(3)给出了2个EvilMask概念验证示例(Proof-of-Concept,PoC)验证了EvilMask对真实世界的信息安全危害;(4)讨论了针对EvilMask的防御方案,指出最根本的解决方法是在硬件层面上重新实现VMASKMOV指令,并给出了初步的实现方案.

基于申威SIMD指令的H.264编码优化

国产化申威处理器出现较晚,其在多媒体领域中的性能还不突出,同时通用处理器中的单指令流多数据流(SIMD)因能有效提升并行处理能力而受到处理器厂商的青睐。为提高国产化自主平台申威架构的多媒体处理能力,结合申威架构Core3B体系的SIMD指令系统,提出一种基于申威架构的SIMD指令集H.264编码优化方法。结合申威处理器的并行结构特点,利用申威适配的Perf、Top指令等系统性能分析工具,采集两种主流视频分辨率下与编码性能强相关的高频热点函数,详细分析其程序并行化可行性,采用手工嵌入申威SIMD和访存扩展等汇编指令进行细粒度优化。实验结果表明,该方法在申威架构下的H.264平均编码性能提升了约30%。相应工作成果已推送到申威社区,增强了基于申威处理器的国产计算机在桌面多媒体应用领域的工作体验。

基于单指令多数据流扩展的光线投射算法优化

光线投射算法是目前医学图像可视化领域应用范围最广、成像效果最好的算法之一。由于大量的采样、梯度、光照和混合计算,所以该算法的运算开销也比较大。单指令多数据流扩展(SSE)指令集支持向量计算可以很好的支持光线投射算法的特性,通过将梯度、光照和混合计算向量化,不仅可以明显提升算法的执行效率,而且可以绘制出高质量的可视化结果。

基于指令级并行的倒排索引压缩算法

文本信息数量的快速增长给传统的信息检索技术带来了新的挑战.搜索引擎通常使用倒排索引来高效地处理查询.为了减少存储开销和加快访问速度,倒排索引通常被压缩存储.因此,如何选择一个高性能的压缩算法对高效查询处理是非常有必要的.在已有倒排链压缩算法PackedBinary和PForDelta的基础上,利用CPU的超标量特性和SIMD向量指令集,将其压缩和解压缩中的关键步骤并行化,提出了2种指令级并行压缩算法SIMD-PB和SIMD-PFD.基于GOV2和ClueWeb09B两个公开数据集的实验表明,SIMD-PB和SIMD-PFD算法在压缩率不变的情况下,压缩和解压缩速度比现有的压缩算法均有非常明显的提升.其中解压缩速度比起目前最好的倒排链压缩算法,最高能提升17%.此外,实验表明算法在较长的倒排链、较大的压缩块单位上有更好的解压缩性能.

便笺式存储器中一种新颖的交错映射数据布局

现代计算机一直沿用传统的线性数据布局模式,该模式允许对使用行主序模式存储的二维矩阵进行高效的行优先数据访问,但是增加了高效执行列优先数据访问的复杂性,造成列优先访问的空间局部性较差。改善列优先数据访存效率的常见解决方案是对原始矩阵进行预先转置操作,将列优先访问的复杂性集中在一次矩阵转置运算中,然而矩阵转置不仅会引入额外的数据传输操作,而且会消耗额外的存储空间用于存储转置后的矩阵。为了在不引入额外开销的情况下使行优先与列优先数据访问具有同样高效的访存效率,提出一种新颖的交错映射(IM)数据布局,同时在不改变便笺式存储器(SPM)内部结构的基础上,在SPM的输入和输出(I/O)接口处添加循环移位单元和译码单元2个新组件,实现交错映射数据布局并定制访存指令,使程序员可通过定制的访存指令充分利用该数据布局。实验结果表明,应用交错映射数据布局的SPM在仅额外增加了1.73%面积开销的情况下获得了1.4倍的加速。

面向申威众核处理器的规则处理优化技术

高性能口令恢复系统是申威众核处理器的重要应用场景之一,规则处理是主流口令恢复工具中被广泛应用的一种口令生成方式.现有相关研究工作缺少对规则处理算法的优化,导致申威处理器上基于规则的口令生成速度成为口令恢复系统的性能瓶颈.通过分析规则处理算法的多层次可并行性,提出了面向申威众核处理器的线程级、数据级优化方案.在线程级优化方案中,探索了规则处理算法的最优任务映射方式,设计了主从核任务分配机制、从核缓冲区配比优化机制、负载均衡机制、变长规则存储机制等技术以提高并行效率;在数据级优化方案中,分析了规则处理算法中规则函数的计算模式,并通过申威SIMD指令集对规则函数进行向量优化以提高执行效率.在SW26010处理器上的实验结果表明,上述优化方案有效解除了规则处理的性能瓶颈,使规则模式下的口令恢复速度提升了30~101倍.

基于SIMD的AVS3并行率失真优化量化算法

针对第三代音频视频标准(the third generation audio video coding standard,AVS3)中的率失真优化量化(rate-distortion optimization quantization,RDOQ)过程的编码效率问题,提出一种基于单指令多数据(single instruction multiple data,SIMD)的并行RDOQ算法。首先,在最优系数决策(optimal coefficient decision,OCD)阶段,通过优化,仅保留扫描线内的依赖关系。然后,在最后一个非零位置决策(last non-zero position decision,LNPD)阶段,基于分治策略,通过将Zig-Zag扫描线分解成多个独立扫描线,实现每条扫描线上最优系数位置的并行计算。最后,采用SIMD指令进行并行加速,以提高整个率失真优化量化的计算效率。实验结果表明,该算法在AI配置下,可以降低29.46%的编码时间,而BD-Rate仅损失0.25%。

使用游程编码和SIMD指令集的快速图像融合

图像融合是图像拼接中的一个重要步骤,用于生成无缝的融合图像.针对当前高分辨率图像融合算法速度较慢的问题,提出一种基于多频带的快速图像融合方法.首先通过进行2遍距离变换生成一幅接缝图像,并根据这幅接缝图像生成每一幅输入图像的蒙版图像,这个过程与输入图像的次序无关,并且具有良好的可扩展性;其次使用游程编码对蒙版图像进行压缩编码,生成每一幅蒙版图像的高斯金字塔,并利用SIMD指令集生成输入图像的拉普拉斯金字塔;最后使用SIMD指令集完成拉普拉斯金字塔重构,得到一幅无缝的融合图像.在实验中对2组数据集进行测试,结果表明该方法能够高效地合成高质量的融合图像.与已有的图像融合方法相比,文中方法运行速度更快、内存使用较少、具有更好的并行性,更适合于目前的多核处理器架构.

基于SSE指令的大内存快速拷贝

在深入研究单指令多数据流扩展指令集(StreamingSIMDExtensions,SSE)数据传输指令操作特点的基础上,充分考虑了数据预取、数据对齐、CPU缓存和新的128位寄存器等因素,在VisualC++平台上用嵌入汇编开发了内存拷贝函数。通过实验分析了各内存拷贝函数拷贝速度与拷贝内存量之间的对应关系。

面向顶点染色算法的专用指令集优化处理器

为了提高图形处理器中顶点染色器的工作效率,设计一款改进的可编程顶点染色器。设计引入适用于顶点染色器的一种专用指令集,以完成顶点染色的加减乘除等基本操作,并加入染色算法中常见的向量操作和特殊函数计算的指令,另在浮点4路单指令多数据的结构基础上加入带有旁路功能的五级宏流水线和超越函数运算单元。在工作站使用Linux环境下的QuestaSim6.5b进行功能仿真,使用Xilinx公司Virtex6-760芯片为目标器件对可编程顶点染色器进行逻辑综合。实验结果表明,该顶点染色器可以绘制出真实图形,其最大工作频率可达197MHz,顶点的处理能力可达5Mvertex/s。

H.264编码器的SSE2指令级优化

H.264视频编码标准采用了很多新技术,具有更优越的编码效率,同时也增加了计算复杂度,无法满足实时应用。由于单指令多数据扩展指令集2(SSE2)的并行运算能力可以提高计算机对多媒体数据的实时处理。文中主要采用了SSE2对H.264中的一些耗时较多的关键模块,例如整数像素运动估计中计算SAD、整数DCT变换、量化、Hadamard变换以及亚像素运动估计中计算SATD进行了指令级优化。实验结果表明,经过优化后,在保持视频图像质量的前提下,相应模块运行速度得到了提高,使H.264编码器整体的编码速度较好地满足实时要求。