SIMD.js:为计算密集型应用而生的 JavaScript API

  • 李士窑

2014 年 11 月 20 日

话题:JavaScript语言 & 开发架构

SIMD(Single Instruction Multiple Data))即单指令多数据流,它是一种采用一个控制器来控制多个处理器,同时对一组数据(又称“数据矢量”)中的每一个分别执行相同的操作从而实现空间上的并行性的技术。该技术在图形处理、音频处理、编码、物理仿真、加密等领域中都得到了广泛应用,已成为现代 CPU 处理器最重要的功能设计。然而对于现代网页相当重要的 JavaScript 代码,却一直没有以处理器的 SIMD 指令集来提升性能。于是,Intel、Google 和 Mozilla根据Dart SIMD 规范联合开发了 JavaScript API——SIMD.js,它包括许多新类型以及对这些类型进行算术运算、排序、加载、存储等操作的方法。SIMD.js的目的是在浏览器中实现 SIMD API,并在现有的硬件上运行。SIMD.js 不需要任何原生码或原生插件,仅用 JavaScript 就能够开发出计算密集应用(如游戏和媒体处理),且任何能够运行 JavaScript 的地方都可以运行 SIMD.js。不过,SIMD.js 主要是“短”风格的 API,比较适用于解决短 SIMD(Short SIMD)问题, 所以相对于平常的标量代码,它有较明显的加速。然而,对于现在的一些 CPU,它的固定长度类型不能实现最大的性能。因此,仍需开发其它的解决方案来提升性能。

目前 SIMD.js 主要支持具有SSE 的 x86 平台和具有NEON的 ARM 平台,而MIPSPower等其他平台的支持还在考虑中。SIMD.js 正快速演变为更通用的 API。SIMD.js API 正处于活跃的开发之中,已经进行到草案阶段,且为其它阶段的准备工作也在进行中, 正向最终 API 一步步靠近。另外,在支持Firefox Nightly版本中 SIMD.js 正处于积极的开发之中,Internet Explorer已考虑加入 SIMD.js。同时, 在Chromium(Chrome 浏览器的引擎)的分支中, 也有一个原型的实现。在 Firefox Nightly 版本中启用 SIMD 后的测试结果显示,JavaScript 计算曼德尔布罗特集合的速度提升至 4 倍。

Hack News 上关于 SIMD.js 讨论已经有数百条,多数人肯定了开发 SIMD.js 提升 JavaScript 效率举措,还有人提出了新增对WebCL的支持的建议。有人认为把 SIMD 应用到一个编程语言中是不合适的,做了不该属于自己该做的事情,而最好的方式是使用增强类型接口和编译技术,并添加语言原语以帮助代码的生成。另外还指出曼德尔布罗特集合计算例子是一个通用的例子,不能充分证明 SIMD.js 对 JavaScript 加速效果。

未来,SIMD.js 将会提供更广泛的功能,并提升更大范围应用的性能, 尤其如游戏、视频、音频操控、科学模拟等对性能要求比较高的应用。另外,Emscripten也将使用流行的 SIMD 来编译 C++,以生成优化后的 SIMD.js 代码;长短 SIMD 风格的 API 将能够相互合作。更多关于 SIMD.js 的详细信息请查看 Mozilla 官方的一篇关于 SIMD.js 的介绍EcmaScript strawman 提案以及、Axel Rauschmayer 博士先生的一篇关于 SIMD.js 的博客


感谢郭蕾对本文的审校。

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