An Implementation of Efficient Quicksort Utilizing SIMD-Based VBP Technique

SIMD 기반의 VBP 기법을 적용한 효율적인 퀵정렬의 구현

SIMD (Single Instruction Multiple Data) is a representative parallelization architecture that processes multiple data loaded in a SIMD register with a single instruction. Quicksort is a sorting algorithm that picks an element as a pivot from the array and reorders the array such that all elements having the values less than the pivot value are located in the left side on the pivot as well as all elements having the value greater than the pivot value are located in the right side on the pivot and then the algorithm performs the same task on both sublist recursively. In this paper, we propose an efficient Quicksort algorithm applying the SIMD instructions which minimally invokes conditional branches to avoid the performance degradation incurred by branch misprediction in a pipeline architecture. In addition, we improve the performance of the Quicksort algorithm by fetching data into a SIMD register as a byte unit to apply VBP (Vertical Bit Parallel) and the early pruning technique.

SIMD(Single Instruction Multiple Data)는 대표적인 병렬화 아키텍처 중 하나로, SIMD 레지스터에 적재된 여러 개의 데이터들을 하나의 명령어로 처리하는 기술이다. 퀵정렬(Quicksort)은 데이터 값들이 리스트로 저장되어 있을 때, 임의의 위치에 있는 데이터 값을 피봇으로 하여 그것보다 작은 값은 왼편으로, 큰 값은 오른편으로 분할하여 생성된 두 개의 서브리스트에 대하여 같은 작업을 반복함으로써 데이터 값들을 정렬하는 정렬 알고리즘이다. 본 연구에서는 SIMD 명령어를 이용하여 파이프라인 아키텍처에서 조건 예측 실패에 따른 성능 저하를 유발하지 않도록 분기 조건을 최소로 사용하는 효율적인 퀵정렬(Quicksort) 알고리즘을 제안한다. 또한, VBP(Vertical Bit Parallel) 기법과 얼리 프루닝(early pruning) 기법을 적용하여 SIMD 레지스터에 데이터를 바이트 단위로 적재함으로써 퀵 정렬 알고리즘의 성능을 향상하였다.