如何解决 AVX 加载/存储对齐问题以获得最佳性能？

如何解决 AVX 加载/存储操作的 32 字节对齐问题？

对 AVX 内在函数使用未对齐的加载和存储操作函数可能会引入对齐问题和随后的内存访问错误。要解决此问题，请使用“_mm256_loadu_ps”和“_mm256_storeu_ps”函数进行未对齐访问，而不是对应的“_mm256_load_ps”和“_mm256_store_ps”。

对齐对于 512 位 AVX-512 向量尤为重要，有助于显着的速度优势（SKX 为 15-20%）即使有大型数组。确保数据对齐也是高效缓存使用的关键，防止由于缓存行分割和相关延迟而导致性能下降。

动态内存分配技术

对于动态内存分配，其中对齐很重要，请考虑以下技术：

• C 17 对齐新功能： 使用“std::align_val_t”和“aligned new”来分配比标准对齐地址更大的对齐地址的内存。对于 C 17 中的“__m256 arr[N]__”这样的数组来说，这很简单。
• Aligned Alloc: 依靠“std::aligned_alloc”函数以指定的对齐方式分配内存。但是，它要求大小是请求对齐的倍数。
• POSIX Memalign： 使用“posix_memalign”函数，该函数采用指向请求的内存地址、对齐和对齐的指针大小作为参数。
• _mm_malloc: 专门使用“_mm_malloc” AVX相关的内存分配。请注意，从“_mm_malloc”获取的指针不能用标准“free”释放，并且不保证与“_mm_free”的跨平台兼容性。

其他注意事项

• Alignas：使用“alignas(32)”使用数组或结构成员强制静态和自动存储的 32 字节对齐。此技术也可与 C 17 一起用于动态分配存储。
• 直接操作系统控制：考虑使用“mmap”或“VirtualAlloc”等系统调用进行自定义内存分配，从而允许分页对齐内存和操作系统级别对页面大小和内存管理的控制。

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