Automatische SIMD-Vektorisierung mit LLVM
Andreas Bolka

Automatische Vektorisierung ist ein Optimierungspass in einem
Übersetzer der darauf abzielt die in heutigen CPUs weitverbreiteten
SIMD Erweiterungen ohne spezielle Anpassungen im Quellcode eines
Programmes nutzbar zu machen. Die Verwendung von SIMD Instruktionen
erlaubt potentiell hohe Reduktion der Ausführungsgeschwindigkeit,
manuelle Vektorisierung von Code ist jedoch zeitaufwändig und
erfordert zumeist intime Kenntnisse der Zielarchitektur. Automatische
Vektorisierung sucht diese Hindernisse zu überwinden und bietet die
Möglichkeit aus weitgehend plattformunabhängigem Code automatisch
plattformspezifische Vektorkapazitäten zu nutzen.

Die vorgestellte Arbeit implementiert einen automatischen
SIMD-Vektorisierungspass für LLVM, eine Open-Source
Übersetzerinfrastruktur. Die Transformation operiert auf
Zwischenrepräsentationsebene und nutzt die (plattformunabhängigen)
Vektorinstruktionen von LLVM. Als Vektorisierungsmethode wird ein
abrollendes Verfahren eingesetzt (Krall & Lelait, 2000; Larsen &
Amarasinghe, 2000).

Messungen anhand synthetischer Programme bestätigen das Potential
dieser Transformation bei einfachen, rechenintensiven Schleifen. Die
dynamische Intruktionszahl wird auf bis zu 54%, die Ausführungszeit
auf bis zu 58% der jeweiligen Werte der unvektorisierten Version
reduziert.