🧊 CS:APP | SIMD 하드웨어란?

✅ 정의

SIMD (Single Instruction, Multiple Data) 하드웨어란,
하나의 명령어로 여러 데이터를 동시에 처리할 수 있는 하드웨어 구조를 말한다.
즉, 같은 연산을 여러 데이터에 한꺼번에 적용할 수 있도록 설계된 처리 장치.

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💡 다시 말해 보면

하나의 CPU 명령어가 "벡터 전체"나 "배열 전체"에 동시에 연산을 적용하는 구조

구조	의미
Single Instruction	하나의 연산 명령
Multiple Data	여러 개의 데이터 요소에 동시에 적용

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⚙️ SIMD 하드웨어의 예시

✅ 1. CPU의 벡터 연산 유닛

• 인텔 CPU의 SSE, AVX, ARM의 NEON 같은 벡터 명령어 세트
• 예: addps → 4개의 float을 동시에 더함 (AVX는 8개, 16개도 가능)

[1.0  +  2.0]  → 3.0  
[3.0  +  4.0]  → 7.0  
[5.0  +  6.0]  → 11.0  
[7.0  +  8.0]  → 15.0   ← 4개를 한 명령어로 처리!

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✅ 2. GPU (그래픽 처리 장치)

• GPU는 대량의 데이터(픽셀, 벡터 등)를 병렬로 처리하기 위해 설계됨
• 수천 개의 SIMD 유닛이 존재해서 머신러닝, 이미지 처리에 특화됨

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🎮 어디에 쓰일까?

• 이미지 필터링 (픽셀 수천 개 동시에 계산)
• 행렬 연산 (벡터 곱, 점곱)
• 딥러닝 연산 (텐서 계산)
• 과학 시뮬레이션 (물리/기상/분자 구조 등)

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🧠 프로그래머 입장에서?

• SIMD 하드웨어는 컴파일러나 명령어 세트가 자동으로 활용할 수도 있고,
• 프로그래머가 직접 벡터 명령어 또는 SIMD 라이브러리를 호출해서 사용하기도 한다.

예:

// C에서 SSE 사용
__m128 a = _mm_set_ps(1.0, 2.0, 3.0, 4.0);
__m128 b = _mm_set_ps(5.0, 6.0, 7.0, 8.0);
__m128 result = _mm_add_ps(a, b);

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✅ 한 줄 정리

SIMD 하드웨어란, 동일한 연산을 여러 데이터에 동시에 적용할 수 있는 병렬 처리 장치이며, CPU와 GPU에 탑재되어 데이터 병렬성을 극대화하는 기술이다.