gcc (6.1.0) 在 SSE 内在函数中使用 'wrong' 指令

Question

背景：我开发了一个计算密集型工具，用C/C++编写，必须能够运行在各种不同的 x86_64 处理器。为了加快浮点数和整数的计算速度，代码包含相当多的 SSE* 内在函数，这些函数具有针对不同 CPU SSE 功能量身定制的不同路径。（由于 CPU 标志在程序开始时被检测到并用于设置布尔值，我假设定制代码块的分支预测将非常有效地工作）。

为简单起见，我假设只需要考虑 SSE2 到 SSE4.2。

为了访问 SSE4.2 intrinsics fpr 4.2 路径，我需要使用 gcc 的 -msse4.2 选项。

问题我遇到的问题是，至少在 6.1.0 中，gcc 会使用 sse4.2 实现 sse2 内在的 mm_cvtsi32_si128 指令，pinrd.

如果我使用-msse2限制编译，它会使用sse2指令，movd，即。英特尔 "intrinsics guide" 说它应该使用的那个。

这在两个方面很烦人。

1) 关键问题是程序现在在 pre4.2 CPU 上获得运行时因非法指令而崩溃。我无法控制使用的硬件，因此可执行文件需要与旧机器兼容，但需要在可用的情况下利用较新硬件的功能。

2) 根据 Intel intrinsics 指南，pinrd 指令比它替换的 mov 指令慢很多。（pinsrd 更通用，但这不是必需的）。

有谁知道如何让 gcc 只是使用内在函数指南说应该使用的指令，但仍然允许在同一编译单元中访问所有 SSE2 到 SSE4*？

更新：我还应该注意，相同的代码是在 Linux、Windows 和 OSX 下使用各种不同的编译器编译的，因此我宁愿避免或至少有尽可能少的特定于编译器的扩展。

Update2：（感谢@PeterCordes）似乎如果启用了优化，gcc 将在适当的情况下恢复使用 pinsrd 中的 movd。

Answer 1

如果在编译步骤中向 gcc 的命令行提供 -msse4.2 标志，它将假定它可以免费使用整个翻译单元的 SSE 4.2 指令集。这可能会导致您描述的行为。如果您需要仅使用 SSE2 和以下代码的代码，则需要使用 -msse2（如果您正在为 x86_64 构建，则根本不使用标志）。

我能想到的一些选项是：

如果您可以轻松地在函数级别分解代码，那么 gcc 的 multiversioning 功能可以提供帮助。它需要一个相对较新版本的编译器，但它允许你做这样的事情（取自上面的 link）：

 __attribute__ ((target ("default")))
 int foo ()
 {
   // The default version of foo.
   return 0;
 }

 __attribute__ ((target ("sse4.2")))
 int foo ()
 {
   // foo version for SSE4.2
   return 1;
 }

 __attribute__ ((target ("arch=atom")))
 int foo ()
 {
   // foo version for the Intel ATOM processor
   return 2;
 }

 __attribute__ ((target ("arch=amdfam10")))
 int foo ()
 {
   // foo version for the AMD Family 0x10 processors.
   return 3;
 }

 int main ()
 {
   int (*p)() = &foo;
   assert ((*p) () == foo ());
   return 0;
 }

在此示例中，gcc 将自动编译 foo() 的不同版本，并在运行时根据 CPU 的功能分派到适当的版本。

您可以将不同的实现（SSE2、SSE4.2 等）分解为不同的翻译单元，然后在运行时适当地分派到正确的实现。
您可以将所有 SIMD 代码放入共享库中，并使用不同的编译器标志多次构建共享库。然后在运行时，您可以检测 CPU 的功能并加载适当版本的共享库。这是 Intel's Math Kernel Library.

gcc (6.1.0) 在 SSE 内在函数中使用 'wrong' 指令

gcc (6.1.0) using 'wrong' instructions in SSE intrinsics

c

gcc

sse

intrinsics