.NET 中的 SIMD

在 Mono 六年之后，微软的 CLR 实现最终通过 RyuJIT 提供了对 SIMD 的支持。RyuJIT 目前仍处在社区预览阶段，它是下一代的.NET JIT 编译器。

SIMD 代表的是单指令流多数据流（Single Instruction，Multiple Data）。它是一组特殊的 CPU 指令集，其中的指令可以对包含在大小为 2、4、8 或 16 的数组中的每个元素同时执行同一操作。在 2008 年 Mono 宣布对 SIMD 的支持时，我们曾报道过。

性能收益非常显著。执行 Spring-Gravity 算法，原生 C++ 程序用了 9.5 秒。比较而言，将其逐行转换到 Mono 中，执行用了 17.7 秒。而再将其从标准操作符转换为 SIMD 函数，运行 Mono 的时间下降到 1.7 秒。

很明显这种特性可以应用于游戏物理引擎和科学研究中，还可以应用于在一系列股票和基金上执行同样计算的金融应用中。

在.NET 中开启 SIMD，不仅需要安装 RyuJIT 并使用正确的向量类型。微软的 Kevin Frei 列出了一些步骤：

1. 下载并安装 RyuJIT CTP3 （同以前一样，需要 x64 Windows 8.1 或 Window Server 2012R2）
2. 设置“use RyuJIT”环境变量：set COMPLUS_AltJit=*
3. 现在请注意，下面和以前有点区别了：
4. 设置一个新的（而且是临时的）“enable SIMD stuff”环境变量：set COMPLUS_FeatureSIMD=1
5. 把 Microsoft.Bcl.Simd NuGet 包添加到你的项目中（必须选择“include Prerelease”或使用–Pre 选项）
6. 在 RyuJIT 最终配置好之前还有一些必须处理的麻烦事：对于你编写的会使用新的 Vector 类型的方法，请将一个对 Microsoft.Numerics.Vectors.Vector的引用添加到会在该方法调用之前调用的某个类的构造器中。我建议就把它放在你的程序的入口类的类构造器中。它必须出现在类的构造器，而不是实例构造器中。
7. 确保应用确实运行在 x64 上。如果没有看到你的进程中加载了 protojit.dll（通过 tasklist /M protojit.dll 查看），那应该是遗漏了上面的某些东西。

应该注意的是，可用的 SIMD 不止一类。Kevin 写道，

对那些想直接尝试这一特性的人而言，我们可以快速地看一个细节：在 AVX 代码应该会比 SSE2 更好的硬件上，我们打算（而且我们已经开发了原型）让 Vector自动使用 AVX SIMD 类型。然而要想正确处理，还需要对.NET 运行时做些修改。因为这一限制（时间也不允许），CTP 版本只能支持 SSE2。

RyuJIT 本身主要是为改进应用在 64 位机器上的启动时间而设计的。以前微软假定消费者使用的是 x86，而 x64 仅被用于运行服务器的 IT 部门手中，所以启动时间并不是很严重的问题。这使他们可以选择面向 x86 的快速 JIT 编译器，面向 x64 的则是慢一些、但更高效的 JIT 编译器。快进了大约十年，情况已经发生了变化。

2013 年 9 月的.NET 框架博客上曾经介绍：

.NET 代码生成团队一直在为一个新的下一代 x64 编译器而努力工作，该编译器代号为 RyuJIT。这一新的 JIT 编译器是原来的两倍快，使用它编译的应用，启动时间最多可以减少 30%（花在 JIT 编译器上的时间只是启动时间的一部分，所以应用启动时间并不会随着 JIT 性能加倍而减半）。此外，新的 JIT 编译器仍然会生成极好的代码，可以在服务器进程长期运行的过程中高效执行。

查看英文原文： SIMD Support in .NET