自動並行化と自動ベクター化

[アーティクル]
04/03/2023

自動並行化と自動ベクター化は、コード内のループのパフォーマンスが自動的に向上するように設計されています。

自動並行化

/Qpar コンパイラスイッチは、コード内のループの "自動並行化" を有効にします。既存のコードを変更せずにこのフラグを指定すると、並行化の利点を達成できる可能性があるループを見つける観点で、コンパイラがコードを評価します。つまり、処理量がそれほど多くなく、したがって並行化の利点が多くないループを見つける可能性があります。また、不必要な並行化はいずれも、パフォーマンスの向上ではなく低下につながる可能性のあるスレッドプール、余分な同期、または他のプロセスの発生源になる可能性があります。したがって、コンパイラは並行化するループを保守的な基準で選択します。たとえば、コンパイル時にループの上限が不明である次の例について考えてみましょう。

void loop_test(int u) {
   for (int i=0; i<u; ++i)
      A[i] = B[i] * C[i];
}

uは小さな値になる可能性があるため、コンパイラはこのループを自動的に並列化しません。ただし、u が必ず大きいことを把握している場合は、開発者が並行化を希望することもあります。自動並行化を有効にするには、#pragma loop(hint_parallel(n)) を指定します。n は並行化するスレッドの数です。次の例では、コンパイラは 8 つのスレッドにまたがるループの並行化を試みます。

void loop_test(int u) {
#pragma loop(hint_parallel(8))
   for (int i=0; i<u; ++i)
      A[i] = B[i] * C[i];
}

すべての pragma ディレクティブと同様に、代替 pragma 構文 __pragma(loop(hint_parallel(n))) もサポートされています。

必要に応じて、コンパイラが並列化できないループがいくつかあります。次に例を示します。

#pragma loop(hint_parallel(8))
for (int i=0; i<upper_bound(); ++i)
    A[i] = B[i] * C[i];

関数の upper_bound() が、呼び出されるたびに変化する可能性がある場合。上限を認識できないため、コンパイラは、このループを並列化できない理由を説明する診断メッセージを出力できます。次の例では、並行化できるループ、並行化できないループ、コマンドプロンプトで使用するためのコンパイラの構文、および各コマンドラインオプションに対応するコンパイラ出力を示します。

int A[1000];
void test() {
#pragma loop(hint_parallel(0))
    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        A[i] = A[i] + 1;
    }

    for (int i=1000; i<2000; ++i) {
        A[i] = A[i] + 1;
    }
}

次のコマンドを使用してコンパイル:

cl d:\myproject\mylooptest.cpp /O2 /Qpar /Qpar-report:1

生成される出力:

--- Analyzing function: void __cdecl test(void)
d:\myproject\mytest.cpp(4) : loop parallelized

次のコマンドを使用してコンパイル:

cl d:\myproject\mylooptest.cpp /O2 /Qpar /Qpar-report:2

生成される出力:

--- Analyzing function: void __cdecl test(void)
d:\myproject\mytest.cpp(4) : loop parallelized
d:\myproject\mytest.cpp(4) : loop not parallelized due to reason '1008'

2 つの異なる /Qpar-report (自動並行化レポートレベル) オプション間の出力の違いに注意してください。 /Qpar-report:1 を指定した場合は、正常に並行化されたループのみに関する並行化メッセージが出力されます。 /Qpar-report:2 を指定した場合は、並行化したループと並行化しなかったループの両方に関する並行化メッセージが出力されます。

理由コードとメッセージの詳細については、「ベクター化と並列化のメッセージ」を参照してください。

自動ベクター化

自動ベクター化機能は、コード内のループを分析し、可能な場合は、ターゲットコンピューター上のベクターレジスタとベクター命令を使用してそれらのループを実行します。この方法により、コードのパフォーマンスが向上する可能性があります。コンパイラは、/arch スイッチに従って、Intel または AMD プロセッサの SSE2、AVX、AVX2 の各命令、あるいは ARM プロセッサの NEON 命令を対象とします。

自動ベクター化機能は、/arch スイッチで指定されていない命令を生成することもあります。これらの命令は、実行時チェックによって保護され、引き続きコードが正しく実行されることが確認されます。たとえば、/arch:SSE2 のコンパイル時に SSE4.2 命令が送出されることがあります。実行時チェックによって、ターゲットプロセッサで SSE4.2 を使用できるかが確認され、プロセッサがそれらの命令をサポートしていない場合は SSE4.2 でないバージョンのループにジャンプします。

既定では、自動ベクター化が有効になります。ベクター化対象のコードのパフォーマンスを比較する場合は、#pragma loop(no_vector) を使用して、特定のループのベクター化を無効にすることができます。

#pragma loop(no_vector)
for (int i = 0; i < 1000; ++i)
   A[i] = B[i] + C[i];

すべての pragma ディレクティブと同様に、代替 pragma 構文 __pragma(loop(no_vector)) もサポートされています。

自動並行化と同様に、/Qvec-report (自動ベクター化レポートレベル) コマンドラインオプションを指定することで、正常にベクター化されたループのみを報告する (/Qvec-report:1) ことも、正常にベクター化されたループとベクター化が失敗したループの両方を報告する (/Qvec-report:2) こともできます。

理由コードとメッセージの詳細については、「ベクター化と並列化のメッセージ」を参照してください。

ベクター化の実際の動作を示す例については、「オースティンプロジェクトパート 2/6: ページカーリング」を参照してください。

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