如何在256位AVX矢量中找到水平最大值

Question

我有一个包含四个64位浮点值的__m256d向量。

我需要找到向量元素的水平最大值，并将结果存储在双精度标量值中；

我的尝试最终都使用了大量的向量元素，使得代码不是很优雅，也不是很有效。此外，我发现只停留在AVX域是不可能的。在某些情况下，我不得不使用SSE 128位指令来提取最终的64位值。然而，我希望在这最后一句话上被证明是错误的。

因此，理想的解决方案是：

1)仅使用AVX指令。

2)最小化指令数量。(我希望不超过3-4条说明)

话虽如此，任何优雅/高效的解决方案都会被接受，即使它不遵守上面的指导方针。

谢谢你的帮助。

-Luigi

Answer 1

我不认为你能比4个指令做得更好:2个混洗和2个比较。

__m256d x = ...; // input

__m128d y = _mm256_extractf128_pd(x, 1); // extract x[2], and x[3]
__m128d m1 = _mm_max_pd(x, y); // m1[0] = max(x[0], x[2]), m1[1] = max(x[1], x[3])
__m128d m2 = _mm_permute_pd(m1, 1); // set m2[0] = m1[1], m2[1] = m1[0]
__m128d m = _mm_max_pd(m1, m2); // both m[0] and m[1] contain the horizontal max(x[0], x[1], x[2], x[3])

仅对256位向量进行简单的修改：

__m256d x = ...; // input

__m256d y = _mm256_permute2f128_pd(x, x, 1); // permute 128-bit values
__m256d m1 = _mm256_max_pd(x, y); // m1[0] = max(x[0], x[2]), m1[1] = max(x[1], x[3]), etc.
__m256d m2 = _mm256_permute_pd(m1, 5); // set m2[0] = m1[1], m2[1] = m1[0], etc.
__m256d m = _mm256_max_pd(m1, m2); // all m[0] ... m[3] contain the horizontal max(x[0], x[1], x[2], x[3])

(未测试)

Answer 2

对向量v1 = [A, B, C, D]执行此操作的一般方法是

1. Permute v1 to v2 = [C, D, A, B] (交换第0个和第二个元素，以及第一个和第三个元素)
2. 取最大值；即v3 = max(v1,v2)。你现在有了[max(A,C), max(B,D), max(A,C), max(B,D)]
3. Permute v3 to v4，交换了第0个和第1个元素，以及第2个和第3个元素。
4. 再次取最大值，即v5 = max(v3,v4)。现在，v5的所有组件中都包含了水平最大值。

具体地，对于AVX，可以使用_mm256_permute_pd来完成排列，并且可以使用_mm256_max_pd来完成最大值。我手头没有确切的置换面具，但它们应该很容易弄清楚。

希望这能有所帮助。

Answer 3

//Use the code to find the horizontal maximum
__m256 v1 = initial_vector;//example v1=[1 2 3 4 5 6 7 8]
__m256 v2 = _mm256_permute_ps(v1,(int)147);//147 is control code for rotate left by upper 4 elements and lower 4 elements separately v2=[2 3 4 1 6 7 8 5]
__m256 v3 = _mm256_max_ps(v1,v2);//v3=[2 3 4 4 6 7 8 8]
__m256 v4 = _mm256_permute_ps(v3,(int)147);//v4=[3 4 4 2 7 8 8 6]
__m256 v5 = _mm256_max_ps(v3,v4);//v5=[3 4 4 4 7 8 8 8]
__m256 v6 = _mm256_permute_ps(v5,(int)147);//v6=[4 4 4 3 8 8 8 7]
__m256 v7 = _mm256_max_ps(v5,v6);//contains max of upper four elements and lower 4 elements. v7=[4 4 4 4 8 8 8 8]

//to get max of this horizontal array. Note that the highest end of either upper or lower can contain the maximum
float ALIGN max_array[8];
float horizontal_max;
_mm256_store_ps(max_array, v7);
if(max_array[3] > max_array[7])
{
    horizontal_max = max_array[3];
}
else
{
    horizontal_max = max_array[7];
}