使用 AVX 与 NaN 的比较

Question

我正在尝试使用英特尔的 AVX 内在函数为 BPSK 创建一个快速解码器。我有一组表示为交错浮点数的复数，但由于 BPSK 调制，只需要实数部分（或偶数索引浮点数）。每个浮点数 x 在 x < 0 时映射到 0，在 x >= 0 时映射到 1。这是使用以下例程完成的：

static inline void
normalize_bpsk_constellation_points(int32_t *out, const complex_t *in, size_t num)
{
    static const __m256             _min_mask = _mm256_set1_ps(-1.0);
    static const __m256             _max_mask = _mm256_set1_ps(1.0);
    static const __m256             _mul_mask = _mm256_set1_ps(0.5);

    __m256                          res;
    __m256i                         int_res;

    size_t i;
    gr_complex                      temp;
    float                           real;

    for(i = 0; i < num; i += COMPLEX_PER_AVX_REG){
            res = _mm256_load_ps((float *)&in[i]);

            /* clamp them to avoid segmentation faults due to indexing */
            res = _mm256_max_ps(_min_mask, _mm256_min_ps(_max_mask, res));

            /* Scale accordingly for proper indexing -1->0, 1->1 */
            res = _mm256_add_ps(res, _max_mask);
            res = _mm256_mul_ps(res, _mul_mask);

            /* And then round to the nearest integer */
            res = _mm256_round_ps(res, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT |_MM_FROUND_NO_EXC);

            int_res = _mm256_cvtps_epi32(res);

            _mm256_store_si256((__m256i *) &out[2*i], int_res);
    }
}

首先，我将所有接收到的浮点数限制在 [-1, 1] 范围内。然后经过一些适当的缩放后，结果四舍五入到最接近的整数。这会将 0.5 以上的所有浮点数映射到 1，并将 0.5 以下的所有浮点数映射到 0。

如果输入的浮点数是正常数字，则程序运行良好。但是，由于前面阶段的一些情况，有可能一些输入的浮点数是NaN或者-NaN。在这种情况下，'NaN' 数字通过 _mm256_max_ps()、_mm256_min_ps() 和所有其他 AVX 函数传播，导致 -2147483648 的整数映射，这当然会导致我程序因索引无效而崩溃。

是否有任何解决方法可以避免此问题，或者至少使用 AVX 将 NaN 设置为 0？

Answer 1

您可以通过简单的方式开始、比较和屏蔽：（未测试）

res = _mm256_cmp_ps(res, _mm256_setzero_ps(), _CMP_NLT_US);
ires = _mm256_srl_epi32(_mm256_castps_si256(res), 31);

或移位和异或：（也未测试）

ires = _mm256_srl_epi32(_mm256_castps_si256(res), 31);
ires = _mm256_xor_epi32(ires, _mm256_set1_epi32(1));

此版本还将关心 NaN 的符号（并忽略 NaN-ness）。

无 AVX2 的替代方案（未测试）

res = _mm256_cmp_ps(res, _mm256_setzero_ps(), _CMP_NLT_US);
res = _mm256_and_ps(res, _mm256_set1_ps(1.0f));
ires = _mm256_cvtps_epi32(res);

Answer 2

Harold 针对您真正提出的问题发布了一个很好的解决方案，但我想明确指出，在限制时消除 NaN 值是完全简单的。如果任一参数是 NaN，MINPS 和 MAXPS 只需 return 第二个参数。所以你需要做的就是交换参数顺序，NaN 也会被限制。例如，以下内容会将 NaN 限制为 _min_mask:

res = _mm256_max_ps(_mm256_min_ps(_max_mask, res), _min_mask);

使用 AVX 与 NaN 的比较

Comparison with NaN using AVX

c

c++

simd

avx