验证 .NET 4.6 的 SIMD 硬件加速支持的重要性

SIMD 的意思是 Single Instruction Multiple Data。顾名思义，一个指令可以处理多个数据。

.NET Framework 4.6 推出的 Nuget 程序包 System.Numerics.Vectors 里面的 Vector`1 类型是有硬件加速功能的。这个硬件加速功能就是指即时编译的时候根据硬件环境选用一些 SIMD 的指令让程序运行更快。

这个硬件加速功能的威力可以用下面的方式得到验证。

用单线程的程序重复 10000000H 个单精度浮点数的加法。加法的每一个输入都是引用类型，输出也必须获取值的引用。

VB 2017 程序：

动态获取当前硬件支持一组算多少个单精度浮点数的加法，然后分组计算。Release x64 编译，优化代码（反编译验证没有优化掉循环），取消整数溢出检查（为了跟 c# 执行时间一样）。

VB

Imports System.Numerics

Module Program

    Sub Main()

        Const TotalDataSize = &H1000_0000

        Dim watch As New Stopwatch

        Dim groupSize = Vector(Of Single).Count

        Dim groupCount = TotalDataSize / groupSize

        Console.WriteLine($"每组数据的大小：{groupSize} (1：不优化，4：SSE2 优化，8：AVX2 优化)

一共要处理 {groupCount} 次数据以完成测试。")

        Console.WriteLine("计时开始！")

        watch.Start()

        Dim groupA(groupSize - ), groupB(groupSize - ) As Single

        Dim vecA As New Vector(Of Single)(groupA), vecB As New Vector(Of Single)(groupB), vecResult As Vector(Of Single)

        For i =  To groupCount

            vecResult = vecA + vecB

        Next

        watch.Stop()

        Console.WriteLine($"计时结束。用时：{watch.ElapsedMilliseconds} 毫秒。")

        Console.ReadKey()

    End Sub

End Module

VC++ 2017程序：

用循环 0x10000000 次的 for 循环，Release x64 编译，禁止优化（开优化不管循环多少次都是 0 毫秒，肯定是把循环优化掉了）。

C++

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

#include "NotOptimizedNativeCodes.h"

const int TotalDataSize = 0x10000000;

#pragma unmanaged

void NativeTest()

{

    float groupA[] = {  }, groupB[] = {  }, *groupResult;

    for (size_t i = ; i < TotalDataSize; i++)

    {

        float result = groupA[] + groupB[];

        groupResult = &result;

    }

}

#pragma managed

using namespace System;

using namespace System::Diagnostics;

int NotOptimizedNativeCodes::Program::main(array<System::String ^> ^args)

{

    auto watch = gcnew Stopwatch();

    std::cout << "每组数据的大小：" <<  << "(1：不优化，4：SSE2 优化，8：AVX2 优化)" << std::endl <<

        "一共要处理" << TotalDataSize << " 次数据以完成测试。" << std::endl;

    Console::WriteLine(L"计时开始！");

    watch->Start();

    NativeTest();

    watch->Stop();

    std::cout << "计时结束。用时：" << watch->ElapsedMilliseconds << " 毫秒。" << std::endl;

    Console::ReadKey();

    return ;

}

int main(array<System::String ^> ^args)

{

    NotOptimizedNativeCodes::Program::main(args);

}

执行结果（CPU 是 i5 6400，有 AVX2 指令集）

使用 i7 3632QM (没有 AVX2 但是有 SSE2)