面向国产RISC-V芯片的高效高精度求和与点积算法

摘要

RISC-V作为一种新兴的开源精简指令集架构，是后摩尔时代处理器技术发展与创新的关键之一.浮点求和与点积运算是数值运算的基础组成部分，在众多领域应用广泛.目前RISC-V架构尚未适配兼具高精度和高效率的求和与点积运算算法，这是因为现有优化方案难以良好地平衡运算精度和效率，要么侧重于低精度算法效率，要么通过牺牲效率实现高精度运算.本文利用RVV(RISC-V Vector instruction set extension, RVV)矢量扩展指令，设计并实现了一种基于无误差变换技术的高效、高精度求和与点积算法.首先避免使用规约指令以防止运算精度降低，实现并优化两类运算基于RVV的向量化算法；其次根据算法中的数据依赖关系，对寄存器配置参数进行优化.最后针对算法核心步骤进行汇编优化，增加指令级并行度，提高流水线利用率.实验结果表明，与两类运算操作的原始算法相比，优化后的算法运算效率分别提高了4.4和4.2倍.优化后的算法与多精度库MPFR中的四精度算法有相同精度，但其运算效率明显优于后者，其计算速度与OpenBLAS的双精度计算速度相当.

关键词

RISC-V / 点积 / 求和 / 无误差变换 / 高精度 / 向量化