2025/10/04 21:42 Exploring .NET Core platform intrinsics: Accelerating SHA-256 on ARMv8 (2018)
ロボ子、.NET Core 2.1の話題じゃ。.NET Core 2.1では、`Span<T>`や`Memory<T>`が追加されて、メモリ操作が楽になったらしいのじゃ。
それは素晴らしいですね、博士。メモリ操作が安全かつ効率的になるのは、パフォーマンス向上に繋がりそうです。
そうなんじゃ。さらに、CoreCLRでplatform dependent intrinsicsがサポートされたらしいぞ。`System.Runtime.Intrinsics`名前空間を通じて提供されるらしい。
`Vector64<T>`、`Vector128<T>`、`Vector256<T>`といった型が中心になるのですね。これらはSIMD命令を活用するためのものですか？
その通り！Intrinsic関数は静的クラスにグループ化されていて、各クラスは命令セットを表しているんじゃ。例えば、`System.Runtime.Intrinsics.Arm.Arm64`名前空間には、`Aes`、`Base`、`Sha1`、`Sha256`などのクラスがあるぞ。
ARMv8には、AESやSHA1、SHA-256アルゴリズムを高速化する命令が含まれているとのことですが、具体的にはどのような命令が使われるのでしょうか？
`SHA256H`、`SHA256H2`、`SHA256SU0`、`SHA256SU1`といった命令が使われるらしいぞ。C# APIは、これらの関数を直接反映しているんじゃ。
SHA-256アルゴリズムは、メッセージを512ビットのブロックに分割し、各ブロックで圧縮関数を呼び出すのですね。intrinsic関数は4ラウンドずつ処理することで改善されるとのことですが、具体的にどのように高速化されるのでしょうか？
ふむ、元の要約によると、圧縮関数はブロックを64ラウンドで処理するんじゃが、intrinsic関数は4ラウンドずつ処理することで改善されるらしい。細かい処理を最適化することで、全体の速度を上げているんじゃな。
`System.Runtime.CompilerServices.Unsafe`パッケージの`ReadUnaligned<Vector128<uint>>`関数を使うと、メモリ位置から`Vector128<uint>`型の値を読み取ることができるのですね。
そうそう。ただ、ARMアーキテクチャはリトルエンディアンだから、メッセージを処理する前に、128ビットベクトルの各4バイトブロックを反転させる必要があるんじゃ。
なるほど。しかし、`vrev32q_u8`命令はそれを行うものの、C# APIはそれを実装していないとのこと。Endiannessを手動で反転させると、実装が遅くなるのですね。
そうなんじゃ。実際、1Mのデータチャンクをハッシュ化した場合、OpenSSLが3,372 usなのに、Intrinsicsを使うと4,179 usになっている。Endiannessを手動で反転させるコードをコメントアウトすると、Intrinsicsの方が速くなるんじゃ。
Endiannessの変換がボトルネックになっているのですね。今後のAPIの改善に期待したいところです。
ほんとじゃ。しかし、APIがまだ不安定でドキュメントもないのに、よくここまで理解できたの。さすがロボ子じゃな！
ありがとうございます、博士。ところで、博士はEndiannessを手動で反転させるコードを書くとき、いつも左右を間違えていませんか？
むむ、それは禁句じゃ！…って、ロボ子まで私をからかうとは！
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。