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Implementing Database Operations Using SIMD Instructions

2023年2月1日
| 数据库
介绍了SIMD指令一些基本概念，并行流水线，以及分支预测失败带来的影响；论文中提到了使用SIMD指令的方式，以及不同平台产生的差异；之后用伪代码的方式描述几个数据库常用操作；scan操作详细对比了标量版和SIMD版的区别，以及如何消除分支的方式，还有返回选中的一个元素、多个元素的标量、SIMD方式；聚合的实现方式SIMD有提供相关的操作 SIMD_min、SIMD_max即可，对于索引部分主要是介绍树结构索引，详细讨论了中间节点、叶子节点的实现方式；在有序元素上使用二分效率是非常高的，但也会有分支预测失败问题，论文中给出了混合二分+顺序扫描方式；最后是join处理方式，这里只列出了nested-loop join的SIMD实现，Duplicate-outer、Duplicate-inner、Rotate-inner

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Rethinking SIMD Vectorization for In-Memory Databases

2023年1月27日
| 数据库
这是Oracle联合哥伦比亚大学做的研究，论文中讨重点讨论了数据并行化(线程、指令、数据)，也就是SIMD实现；论文中给出了一些基本的SIMD操作，如selective sotre/load、gather、scatter，在论文发表的时候，这几个操作主流CPU不是全支持，只能通过一些模拟操作来支持，如permutation等；通过定义这四个最基本的操作，再往上就可以定义数据库查询中比较重要的操作了，如：scan、hash-table(horizontal、vertical、build、线性探测、double hash、cuckoo hash)、bloom filter、分区(radix、hash、range)；通过hash、分区等操作，又可以定义出排序、join等更复杂的操作，相当于是层层搭积木；测试结果SIMD会有大幅度性能提升，但也受到cache size的影响

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SIMD-Scan: Ultra Fast in-Memory Table Scan using onChip Vector Processing Units

2023年1月19日
| 数据库
现代数据库由I/O瓶颈转向了CPU瓶颈，利用多核能力加速全表扫描，但是向量化的能力没能充分发挥。使用向量化包括：内嵌汇编、硬件厂商提供的跨平台库函数、编译器指示符、编译器自动优化，每种都是可用性和可控性之间的权衡。论文中引入了两项优化：使用SIMD方式在寄存器中解压 轻量压缩数据(使用concatenate、shift、shuffle、mark等指令完成)；使用SIMD完成等值和范围查找(使用掩码指令，将4个元素加载到寄存器中，再通过min、max比较范围，最后生成索引数组向量位)，通过测试结果都有大幅度提升，并且优化实现可以适用各种数据库

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Make the most out of your SIMD investments: counter control flow divergence in compiled query pipelines

2023年1月17日
| 数据库
现代数据库很多都采用了向量化执行，也就是利用 SIMD 指令，SIMD指令在碰到分支时，会出现部分元素不满足条件，导致不活跃影响利用率吞吐量下降，论文中利用了 AVX512指令集的：mark指令、permute指令、compress、expand，来实现重填充算法和策略；包括：全消费策略(需增加寄存器，主要利用buffer)，以及部分消费策略(增加新寄存器，利用mark)，在能放入cache的场景中，这两种算法表现的都不错，是scalar的两倍，但对于复杂场景，以及cache放不下的场景则表现退化，另外如何设置 阈值也是一个开放问题

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