SIMD __m256i至__m256d转换结果

Question

我正在尝试将SIMD整数变量转换为双精度型。但是我看不到此操作的结果。 示例：

int arr[8]={12345678,12333333,12344444,12355555,12366666,12377777,12388888,12399999};
__m256i temp = _mm256_load_si256((__m256i *) arr);
__m256d temp2 = _mm256_castsi256_pd (temp);

此操作的结果是我的temp2中有哪些成员？

Answer 1

简短回答

temp2中的成员将为：

{4.014635e-305, 4.062922e-305, 4.111209e-305, 4.159495e-305}

如何获取值

只需将SIMD数据写回到double数组中并打印。

#include <stdio.h>
#include <immintrin.h>

int main(void) {
    int hoge[4]; /* hack that worked on tested environment to avoid Segmentation Fault */
    double result[4];
    int i;

    int arr[8]={12345678,12333333,12344444,12355555,12366666,12377777,12388888,12399999};
    __m256i temp = _mm256_load_si256((__m256i *) arr);
    __m256d temp2 = _mm256_castsi256_pd (temp);

    _mm256_storeu_pd(result, temp2);
    for (i = 0; i < 4; i++) printf("result[%d] = %.6e (%.15a)\n", i, result[i], result[i]);
    return 0;
}

I ran this code on Wandbox并获得以下输出：

result[0] = 4.014635e-305 (0x1.c311500bc614e00p-1012)
result[1] = 4.062922e-305 (0x1.c87e300bc5c7c00p-1012)
result[2] = 4.111209e-305 (0x1.cdeb100bcb34a00p-1012)
result[3] = 4.159495e-305 (0x1.d357f00bd0a1800p-1012)

您可以通过_mm256_storeu_pd()将SIMD数据写入double数组。

将未32字节对齐的地址传递到_mm256_load_si256()中时，可能会生成异常，因此您应该进行对齐。实际上，分割错误发生在Wandbox上，因此我插入了虚拟数组hoge进行对齐。

为什么要获取值

_mm256_castsi256_pd()实际上只是复制字节并更改其解释。

假设使用little-endian并且int的长度为4字节， arr中的数据在字节寻址的内存中是这样的：

data in arr[8]:
|   12345678|   12333333|   12344444|   12355555|   12366666|   12377777|   12388888|   12399999|
byte data in arr[8] (in little endian):
|4e 61 bc 00|15 31 bc 00|7c 5c bc 00|e3 87 bc 00|4a b3 bc 00|b1 de bc 00|18 0a bd 00|7f 35 bd 00|
data seen as 64-bit hex:
|     0x00bc311500bc614e|     0x00bc87e300bc5c7c|     0x00bcdeb100bcb34a|     0x00bd357f00bd0a18|

然后，假设在double中使用了64位IEEE754，则64位数据由1位符号，11位指数和52位有效数字组成。

以第一个元素0x00bc311500bc614e为例，符号位为0（正/零），指数为0x00b（11-1023 = -1012），有效位数为0xc311500bc614e。

这与上面的示例代码中通过%.15a打印的内容匹配。 （由于指定了打印15位数字，而仅对13位数字的数据进行了重新排序，因此打印了另外两个0，因此，其余部分将用0填充。） 其他元素也这样匹配。

Answer 2

此操作的结果是，temp2将包含垃圾。例如，第一个双车道将为4.0146351468550722e-305。

这是设计使然。 _mm256_castsi256_pd内部函数不会转换值，只会将寄存器中的位重新解释为双精度。

如果要在寄存器中使用这些双精度常量，只需使用_mm256_setr_pd内在函数：

// Set double values to the constants
__m256d temp2 = _mm256_setr_pd( 12345678, 12333333, 12344444, 12355555 );

或者如果这些值不是恒定值，请使用_mm256_cvtepi32_pd内部函数，这是一个完整的示例：

alignas( 32 ) int arr[ 8 ] = { 12345678, 12333333, 12344444, 12355555,
    12366666, 12377777, 12388888, 12399999 };
__m256i integers = _mm256_load_si256( ( const __m256i* ) &arr );
// Convert first 4 int32 values to doubles
__m256d lowDoubles = _mm256_cvtepi32_pd( _mm256_castsi256_si128( integers ) );
// Convert last 4 values to doubles
__m256d highDoubles = _mm256_cvtepi32_pd( _mm256_extracti128_si256( integers, 1 ) );

这实际上将转换值，而不是位转换。

AVX寄存器保存256位数据。 __m256i类型是8个int32值，__m256数据类型是8个浮点值，而__m256d类型只有4个double值。

P.S。您的代码中还存在对齐错误，最好的解决方法是在alignas(32)之前添加int arr[8]

Answer 3

操作_mm256_castsi256_pd实际上不执行任何操作，而是重新解释-等同于：

  int v_i;
  double d_i = *((double*)(int*)&v_i).

使用__m256d _mm256_cvtepi32_pd (__m128i a)，因为它实际上将4个整数转换为4个双精度数。

alignas(16) int arr[4]={12345678,12333333,12344444,12355555};
__m128i temp = _mm_load_si128((__m128i *) arr);
__m256d temp2 = _mm256_cvtepi32_pd(temp);

注意：加载操作_mm_load_si128和_mm256_load_si256要求地址正确对齐。否则使用未对齐的版本_mm_loadu_si128和_mm256_loadu_si256；以为未对齐的版本比较慢。