嵌套循环的 OpenMP SIMD 矢量化答案

【问题标题】：OpenMP SIMD vectorization of nested loop嵌套循环的 OpenMP SIMD 矢量化
【发布时间】：2016-03-20 07:18:19
【问题描述】：

我正在尝试使用 OpenMP 4.0 的 simd 功能对嵌套循环进行矢量化，但恐怕我做错了。我的循环如下所示：

do iy = iyfirst, iylast
    do ix = ixfirst, ixlast

        !$omp simd
        do iz = izfirst, izlast

            dudx(iz,ix,iy) = ax(1)*( u(iz,ix,iy) - u(iz,ix-1,iy) )
            do ishift = 2, ophalf
                dudx(iz,ix,iy) = dudx(iz,ix,iy) + ax(ishift)*( u(iz,ix+ishift-1,iy) - u(iz,ix-ishift,iy) )
            enddo

            dudx(iz,ix,iy) = dudx(iz,ix,iy)*buoy_x(iz,ix,iy)

        enddo
        !$omp end simd

    enddo
enddo

请注意，ophalf 是一个小整数，通常为 2 或 4，因此矢量化 iz 循环而不是最内层循环是有意义的。

我的问题是：我必须将ishift 标记为私有变量吗？

在标准 OpenMP parallel do 循环中，您当然需要 private(ishift) 以确保其他线程不会踩到彼此的数据。然而，当我将第一行改写为 !$omp simd private(ishift) 时，我得到了 ifort 编译错误：

错误 #8592：在 SIMD 区域内，不得在 PRIVATE SIMD 子句中指定 DO 循环控制变量。 [换档]

在网上查找，我找不到任何成功解决此问题的方法。在我看来，ishift 应该是私有的，但编译器不允许这样做。内部循环变量是否自动强制为私有？

后续问题：稍后，当我在iy 循环周围添加omp parallel do 时，我应该在omp parallel do 指令、omp simd 指令中包含private(ishift) 子句还是两者都包含？

感谢您的澄清。

【问题讨论】：

针对常见情况展开专门化的循环。
简单的omp simd 构造不是多线程的，它们是不同的向量化的。您保留循环的主体，但将标量指令替换为向量指令。如果您尝试自己手动编写此矢量化版本，您会立即明白为什么将ishift 设为私有毫无意义。
谢谢@Gilles。我已经知道你在说什么，但强迫自己试着写出来真的让我更好地理解它，并使你的观点非常明显。你是对的 - ishift 变量不应设为私有。此外，我想不出应该将循环迭代器设为私有的情况，因此 ifort 错误对我来说似乎是合理的。干杯。
我明白我一开始的问题是错的。我以为你在iy 循环周围有omp do private(ishift)。在这种情况下，私人应该不是问题。

标签： fortran openmp vectorization simd

【解决方案1】：

涉及 SIMD 的私有子句本质上意味着 ishift 的值对于 SIMD 寄存器中的每个 SIMD 通道都是私有的。当我们对最内层循环进行矢量化时，这是正确的，因为 ishift 是循环感应变量。但是当你进行外循环向量化时，每个 SIMD 通道的 iz 循环索引值都会不同，但给定循环索引 iz，ishift 的值仍然可以从 2 到 ophalf 不等。因此它不符合 SIMD 上下文中的私有子句的条件。

当涉及到多个线程时，您需要 ishift 的副本，因此一个线程递增此变量不会使其他线程跳过该迭代。因此，私有子句对于 omp 并行执行上下文中的 ishift 是有意义的。如果内部循环完全展开并针对循环索引为 iz 的循环进行矢量化，那么检查底层代码生成将会很有趣。

【讨论】：