Реализация SIMD (AVX2) сортировки быстрой в Delphi: ускорение до 3.5x для больших массивов.

Delphi , Синтаксис , Сортировка

Введение

В мире программирования на Delphi и Object Pascal оптимизация алгоритмов сортировки всегда была важной темой. В данном обзоре мы рассмотрим реализацию быстрой сортировки с использованием SIMD-инструкций (AVX2), которая может обеспечить ускорение до 3.5 раз для больших массивов данных.

Что такое SIMD и AVX2?

SIMD (Single Instruction, Multiple Data) - это технология, позволяющая выполнять одну операцию над несколькими данными одновременно. AVX2 (Advanced Vector Extensions 2) - это набор инструкций, поддерживающий 256-битные регистры, что позволяет обрабатывать 8 32-битных или 4 64-битных значений за одну операцию.

Основные принципы реализации

Реализация, представленная mikerabat, использует AVX2 для ускорения операции разбиения (partition) в алгоритме быстрой сортировки. Вот основные особенности:

• Поддержка типов: Int32, Int64, Single, Double
• Работа с массивами без пользовательских структур
• Отсутствие необходимости в пользовательских функциях сравнения

Пример кода на Object Pascal

procedure QuickSort_SIMD(var A: TArray<Integer>);
var
  Lo, Hi: Integer;
  Pivot: Integer;
begin
  if Length(A) <= 1 then Exit;

  Lo := 0;
  Hi := High(A);

  Pivot := A[Lo + (Hi - Lo) div 2];

  repeat
    while A[Lo] < Pivot do Inc(Lo);
    while A[Hi] > Pivot do Dec(Hi);

    if Lo <= Hi then
    begin
      if A[Lo] <> A[Hi] then
        Swap(A[Lo], A[Hi]);
      Inc(Lo);
      Dec(Hi);
    end;
  until Lo > Hi;

  if Hi > 0 then QuickSort_SIMD(A, 0, Hi);
  if Lo < High(A) then QuickSort_SIMD(A, Lo, High(A));
end;

Сравнение производительности

Как видно из представленных данных, SIMD-реализация показывает значительное ускорение по сравнению с классической реализацией:

• Для 100 элементов: 1.9x ускорение
• Для 1000 элементов: 3.8x ускорение
• Для 10000 элементов: 3.2x ускорение
• Для 100000 элементов: 3.0x ускорение

Альтернативные решения

Помимо представленной реализации, существуют и другие подходы к ускорению сортировки:

1. Многопоточная сортировка (как у Stefan Glienke) - использует несколько ядер процессора
2. PDQSort - комбинированный алгоритм, сочетающий быструю сортировку с сортировкой вставками
3. Radix Sort - для определенных типов данных может быть еще эффективнее

Заключение

Использование SIMD-инструкций в алгоритмах сортировки на Delphi может дать значительный прирост производительности, особенно для больших массивов данных. Однако, как показывает обсуждение, существуют и другие перспективные подходы, такие как многопоточная обработка и гибридные алгоритмы.

Для тех, кто хочет изучить тему глубже, рекомендуется рассмотреть код на GitHub (https://github.com/mikerabat/SimdQSort) и следить за разработками в этой области.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Реализация быстрой сортировки с использованием SIMD-инструкций AVX2 в Delphi, обеспечивающая ускорение до 3.5 раз для больших массивов данных.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Сортировка ::