.NET中的SIMD

　　英文原文：SIMD Support in .NET

　　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<T>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<T>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。