向量化指导命令

OpenMP指导语句中有两种支持向量化语句，分别为#pragma omp simd和#pragma omp for simd。其中#pragma omp simd指导语句对循环进行向量化是单线程的数据级并行，而#pragma omp for simd结合了for和simd两个指导命令同时进行并行化和向量化，具体是既将所有迭代的计算任务分配给各个线程，又进一步将每个线程执行的计算任务进行向量化。

如图所示，OpenMP使用2个线程在128位寄存器上对4个单精度数进行加法计算，在串行执行时，只能使用1个线程计算一次加法运算，其余线程则处于空闲状态；在并行执行时，使用2个线程，每个线程执行一次加法运算；在向量化执行时，只能使用1个线程，但这1个线程内可以使用SIMD单元进行4次加法运算；在并行向量化执行时，除了使用全部2个线程之外，每个线程还可以计算4次加法运算，并行区一共计算8次加法运算，可明显提升程序的性能。

与指导命令simd配套的子句中，aligned用于数据的对齐；collapse用于循环嵌套的合并调度；部分子句lastprivate、linear、private和reduction用于设定子线程或SIMD通道的数据共享变量，其中SIMD通道是指在指定向量长度的寄存器上可同时处理的数据个数；子句linear(list[ : linear-step])表示变量列表中的变量xi对于每次迭代而言是私有的，它与循环迭代次数i之间存在线性关系xi=x0+i*step，step的值在执行simd结构期间不变，默认为1；其它子句如simdlen和safelen用于设定向量长度限制，子句safelen(length)通过限制程序的向量长度来维持循环依赖，从而保证运行结果的正确性，其中length为在不打破循环依赖情况下支持并行执行循环迭代的最大数目；子句simdlen(length)用于指定向量长度为length，即向量化后每次迭代执行的运算相当于未向量化时执行n次，其中n必须是2的幂。

除直接使用simd指导语句外，OpenMP还能在各个循环之间没有依赖的前提下，采用for simd复合指导语句同时进行并行化和向量化，这时每个线程能够充分利用处理器核心进行数据级并行，进一步提升程序的性能。for simd指导语句的语法方法如下，由于其由指导命令for和simd组合而来，因此其配套子句为这两个指导命令配套子句的并集。

simd 指导语句

for simd 指导语句

相较于程序的串行执行，添加simd指导语句进行向量化操作后，由系统SIMD单元长度为256bit支持8个浮点型数据同时运算可知，理论上加速比能够达到8，但实际测试得到程序加速比达到了14，在仅添加-O3选项编译测试后，发现这是因为使用-O3编译选项的同时开启了其他隐含的编译优化，使得程序的性能又获得了进一步提升。