Création et Optimisation de Modules Audio avec les instructions SSE

Création et Optimisation de Modules Audio avec les instructions SSE Maître de stage P. Wicker Tuteur de stage M. Girin Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Création et Optimisation de Modules Audio avec les instructions SSE 1) Présentation du Stage 2) Les instructions SSE 3) Algorithme DSP Audio Conclusion Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

1) Présentation du stage Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Synthèse audio et Arturia Moog Prophet VS Arturia Software & Hardware Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Objectifs • Etudes des instructions SSE • Etudes des optimisations envisageables • Tests de performance par algorithme • Implémentation en situation réelle Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

2) Instructions SSE Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Registres Xmm Registre Xmm 128 bits __m128 Float[0] Float[1] Float[2] Float[3] Double[0] Double[1] __m128i Int[0] Int[1] Int[2] Int[3] Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Instructions SIMD Instruction de base mulps : (multiplication verticale) __m128 aV a0 a1 a2 a3 __m128 bV b0 b1 b2 b3 1 instruction / 4 Floats multipliés _mm_mul_ps(aV,bV) = mulpsaV , bV ; a0 x b0 a1 x b1 a2 x b2 a3 x b3 Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Instructions SIMD Pentium 3 AMD Athlons Pentium 4 AMD 64 bits Core Duo AMD x2 Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Instructions SSE • Avantages • Permet de réduire le nombre d’instructions • Pas de problème de dénormalisation • Contraintes • Compatibilité avec la machine • Perte de précision par rapport au x87 (très légère) • Alignement des données sur 16 bytes • Réorganisation des données pour l’utiliser efficacement dans certains algorithmes Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Cahier des charges des tests • Pouvoir évaluer les performances des algorithmes : • Mesurer facilement et précisément le temps de calcul • Eviter ou détecter les perturbations externes (OS, scheduler) • Réaliser les tests facilement (automatiquement) sur différentes plateformes • Garder la plate-forme évolutive pour l’avenir Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Plate-forme de test • Opérateur : • Ajout d’algorithme • Définit la liste des algorithmes à tester lors du Bench • Bench Manager • Récupération au-delà d’une deadline de temps permettant de ne pas être arrêté par le schedulerde l’OS • Tests à appeler Tests Manager • Algorithme 0 : • Algorithme • Mesures du temps de calcul (Ecart type, Temps moyen, max, min) Algorithme 1, … Algorithme N Résultats Statistiques par algorithmes Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Résultats Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Résultats • Points clés de l’optimisation : • Le jeu d’instruction : SSE3 semble le minimum à considérer compte tenu des instructions horizontales pour le DSP • Le processeur influe énormément (performance du cœur SSE): Atom/core i5 même jeu SSE, mais des gains de performance incomparables. • L’organisation mémoire et les appels au cache peuvent faire basculer la tendance entre SSE ou calcul flottant sur x87 Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Workflow d’écriture d’un algorithme SSE Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

3) Algorithmes Audio Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Exemple du DualStereoFilter Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

La Reverb Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

Conclusion Projet de Fin d’Etudes – Optimisation SSE

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