如何在编译时检测SSE/SSE2/AVX/AVX2/AVX-512/AVX-128-FMA/KCVI的可用性？

Question

我正在尝试优化一些矩阵计算，想知道是否能够在编译时检测到编译器是否启用了 SSE/SSE2/AVX/AVX2/AVX-512/AVX-128-FMA/KCVI^[1]。最好是针对 GCC 和 Clang，但如果只能使用其中一个也可以。我不确定这是否可能，也许我会使用自己的宏，但我更喜欢检测它，而不是要求用户进行选择。

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^[1] "KCVI" 代表 Knights Corner 向量指令优化。像 FFTW 这样的库可以检测和利用这些较新的指令优化。

- Baptiste Wicht

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你想测试什么？你想测试编译器是否能生成AVX指令吗？需要注意的是，仅因为编译器准备好生成指令并不意味着你的程序最终运行的CPU也支持它（即使编译和执行都在同一台机器上进行）。 - ArjunShankar

@ArjunShankar 我想知道在编译时是否使用了 -mavx 来启用 avx。 - Baptiste Wicht

注意，CPU支持和操作系统支持是两个不同的事情。CPU可能支持SSE指令集，但操作系统可能不支持SSE（这要求操作系统在上下文切换期间保存XMM寄存器）。例如，请参见OSDev Wiki上的“检查SSE”页面。 - jww

Answer 1

大多数编译器将自动定义：

__SSE__
__SSE2__
__SSE3__
__AVX__
__AVX2__

根据您传递的任何命令行开关，等等。您可以使用gcc（或gcc兼容的编译器，如clang）轻松检查此内容，方法如下：

$ gcc -msse3 -dM -E - < /dev/null | egrep "SSE|AVX" | sort
#define __SSE__ 1
#define __SSE2__ 1
#define __SSE2_MATH__ 1
#define __SSE3__ 1
#define __SSE_MATH__ 1

或者：

$ gcc -mavx2 -dM -E - < /dev/null | egrep "SSE|AVX" | sort
#define __AVX__ 1
#define __AVX2__ 1
#define __SSE__ 1
#define __SSE2__ 1
#define __SSE2_MATH__ 1
#define __SSE3__ 1
#define __SSE4_1__ 1
#define __SSE4_2__ 1
#define __SSE_MATH__ 1
#define __SSSE3__ 1

或者只需检查针对您特定平台的默认构建的预定义宏：

$ gcc -dM -E - < /dev/null | egrep "SSE|AVX" | sort
#define __SSE2_MATH__ 1
#define __SSE2__ 1
#define __SSE3__ 1
#define __SSE_MATH__ 1
#define __SSE__ 1
#define __SSSE3__ 1

较新的英特尔处理器支持AVX-512，这不是一个单olithic的指令集。您可以看到GCC（版本6.2）支持以下两个示例。

这里是骑士着陆：

$ gcc -march=knl -dM -E - < /dev/null | egrep "SSE|AVX" | sort
#define __AVX__ 1
#define __AVX2__ 1
#define __AVX512CD__ 1
#define __AVX512ER__ 1
#define __AVX512F__ 1
#define __AVX512PF__ 1
#define __SSE__ 1
#define __SSE2__ 1
#define __SSE2_MATH__ 1
#define __SSE3__ 1
#define __SSE4_1__ 1
#define __SSE4_2__ 1
#define __SSE_MATH__ 1
#define __SSSE3__ 1

这里是Skylake AVX-512：

$ gcc -march=skylake-avx512 -dM -E - < /dev/null | egrep "SSE|AVX" | sort
#define __AVX__ 1
#define __AVX2__ 1
#define __AVX512BW__ 1
#define __AVX512CD__ 1
#define __AVX512DQ__ 1
#define __AVX512F__ 1
#define __AVX512VL__ 1
#define __SSE__ 1
#define __SSE2__ 1
#define __SSE2_MATH__ 1
#define __SSE3__ 1
#define __SSE4_1__ 1
#define __SSE4_2__ 1
#define __SSE_MATH__ 1
#define __SSSE3__ 1

英特尔已经披露了额外的AVX-512子集（请参见ISA扩展）。GCC（7版本）支持与AVX-512的4FMAPS，4VNNIW，IFMA，VBMI和VPOPCNTDQ子集相关的编译器标志和预处理器符号：

for i in 4fmaps 4vnniw ifma vbmi vpopcntdq ; do echo "==== $i ====" ; gcc -mavx512$i -dM -E - < /dev/null | egrep "AVX512" | sort ; done
==== 4fmaps ====
#define __AVX5124FMAPS__ 1
#define __AVX512F__ 1
==== 4vnniw ====
#define __AVX5124VNNIW__ 1
#define __AVX512F__ 1
==== ifma ====
#define __AVX512F__ 1
#define __AVX512IFMA__ 1
==== vbmi ====
#define __AVX512BW__ 1
#define __AVX512F__ 1
#define __AVX512VBMI__ 1
==== vpopcntdq ====
#define __AVX512F__ 1
#define __AVX512VPOPCNTDQ__ 1

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请注意，SSE宏在Visual C++中不起作用。您必须使用 _M_IX86_FP。

- Paul R

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请注意，SSE宏不适用于Visual C ++。您必须使用_M_IX86_FP：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/b0084kay.aspx - Rémi

@Rémi：是的，很典型 - 如果你被迫支持MSVC，最简单的方法就是在你的项目或makefile中定义SSE宏。 - Paul R

我认为最后一个需要添加"-march=native"参数……值得注意的是：GCC定义了各个AVX512子集（例如__AVX512F__和__AVX512BW__）。 - ZachB

@ZachB：我认为这取决于你的gcc安装，但上面的输出是直接从我在2015年安装的任何工具链中获取的。如果我尝试使用“-march=native”来运行最后一个命令，我会得到与“-mavx2”相同的结果（在Haswell机器上）。感谢您提供有关AVX512的信息 - 我会及时更新答案... - Paul R

@PaulR，希望你不介意，我添加了所有公开记录的AVX-512信息。#IamIntel - Jeff Hammond

对于最新的MacPro 2019，它采用了cascadelake而不是skylake-avx512，并添加了AVX512VNNI。 - Stephane

Answer 2

看一下archspec，这是一个专门为此目的构建的库：https://github.com/archspec/archspec

- Kenneth Hoste

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看起来不错，但问题是关于编译时检查的。（顺便说一句，这不是我的投票。） - Paul R