SIMDinstruktioner

SIMDinstruktioner, eller Single Instruction, Multiple Data, är processorinstruktioner som gör det möjligt att utföra samma operation på flera datapunkter samtidigt. Detta ger dataparallellism och kan leda till betydande hastighetsökningar i uppgifter som beräkningar på vektordata, exempelvis bild- och ljudbehandling samt vetenskapliga beräkningar.

Instruktionerna opererar på vektorregister som innehåller flera element; en SIMD-instruktion tillämpar samma operation på alla element i registret i en eller flera klockcykler. Antalet element kallas ofta lanes och varierar med arkitektur och datatyp (t.ex. 128-bit, 256-bit eller 512-bit register).

Vanliga instruktionsset inkluderar x86:s SSE/SSE2/AVX/AVX-512, ARM:s NEON, PowerPC:s AltiVec och RISC-V:s Vector. Dessa stödjer vanligtvis flyttal och heltal i olika bredder och kan ofta hantera flera datatyper samtidigt.

Programmering kan ske via intrinsics, som ger direkt åtkomst till instruktionerna, eller via högnivåramverk och kompilatorer som syftar till autovektorisering. Datalayout och minnesåtkomst är viktiga för att få god prestanda, och ofta används kontinuerlig minneslayout eller stride-baserad åtkomst i optimerade koder. Användning av vektorerade bibliotek och kompilatorpragmer underlättar utvecklingen.

Begränsningar inkluderar portabilitetsproblem mellan olika arkitekturer, krav på dataalignment, risk för ineffektivitet om kontrollflöden bryts inom vektorer och beroenden mellan operationer. Trots detta är SIMD centralt för prestanda i många moderna applikationer.