WebAssembly中simd使用调研

背景

目前对WebAssembly的使用主要是做计算密集型的工作，比如软解播放通过WebAssembly计算提供解码能力，WebAssembly执行完全依赖CPU计算，不能借助GPU硬件加速，所以需要尽量挖掘CPU执行提升程序效率的手段。目前两个主要优化手段为多线程和SIMD。

对于多线程能力的使用，从WebAssembly指令支持层面、编译工具链、线程间内存共享方式、浏览器对WASM标准的实现方面都有相应的支持

而SIMD是另一种能显著提升程序执行效率的方式，需要调研下使用到SIMD特性的源代码编译成WASM的可行性

技术原理

SIMD概念

• SIMD(单指令多数据流)即一条指令可以一次处理多个数据，属于数据级并行优化手段。非常适用于对大量数据进行相同操作的计算任务，例如图片、音视频编解码处理场景。SIMD在X86、ARM CPU架构下都有相应的指令集实现。

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• 如图所示，从宏观的角度看SISD(单指令单数据流)和SIMD(单指令多数据流)，对数组A、B中对应下标位置的数据进行相加，结果存到数组C中。对于SISD,N次循环操作，每次对一对数据进行处理。对于SIMD，一次操作可以同时处理四对数据，只需要 N/4次循环。两者的主要区别是单次指令执行处理的数据容量不同。

• • 组成原理基础

  • 在继续介绍之前需要先补充一些计算机组成原理的知识。
    

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  •  CPU的基本任务就是执行指令，有三个主要部件，CU(控制单元) 、 ALU(算术逻辑单元)、寄存器(存储单元)
    

  •   **控制单元**
    

  •   由指令寄存器（Instruction Register）、指令计数器（Program Counter）、指令译码器（Instruction Decoder）和 操作控制器（Operation Controller） 等组成。对指令进行读取解析，控制执行。指令计数器中存放下一条指令在内存中的地址，控制单元根据地址读取指令，放入指令寄存器中，通过指令译码器对指令分析，确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器生成控制信号，告诉运算逻辑单元（ALU）和寄存器如何运算、对什么数据进行运算以及对结果进行怎样的处理。
    

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  •   **算术逻辑单元**
    

  • 1.  执行+ - \* / 等算术运算，位移等逻辑运算。由控制单元发出的控制电信号控制运算
       

  •   **寄存器**
    

  • 1.  CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果以及一些CPU运行需要的信息。主要包括通用寄存器、专用寄存器。每个寄存器都有一个特定编号
       

  • 1.  通用寄存器: 最基础的寄存器，程序执行过程中，绝大部分时间都是在操作这些寄存器来实现指令功能，从内存中读数据至寄存器，ALU运算临时结果存至寄存器等