IvyBridgeとは仲良くできるか

IvyBridgeが発売されてからこうそれなりに時間が経ちまして、僕がIvyBridge搭載のMacBook Pro Retinaを購入してからしばらく経ったりしたんですけども。
このRetinaちゃんの文字が綺麗すぎてコーディングがはかどると思いきや、JISキーボードなのでその辺は微妙なところだったりするのが何ともはや。そんな感じの毎日を過ごしつつ。
本日は、IvyBridgeに搭載されているRDRAND命令についていろいろ調べてみたんでそれを書いてみます。
例によって微妙にちゃんと調べていないので、ご指摘ください。
しかもこれ、実は八月の頭にやったネタなので、それもあわせてご了承ください

あーもうはてな記法全く思い出せない。カンペください。

RDRAND命令とは？

IvyBridgeに搭載されたハードウェア乱数生成器です。以上
詳細は
http://software.intel.com/sites/default/files/m/d/4/1/d/8/441_Intel_R__DRNG_Software_Implementation_Guide_final_Aug7.pdf
にあるので、これを読んだ方がいいと思います多分。

つかいかた

GCC4.7系にはRDRAND命令をマップしたIntrinsicsが追加されているので、それを使うのが最もてっとりばやいでしょう
もちろん、アセンブリで表記することも可能です
インラインアセンブリで表記するとこんな感じ

unsigned int rand;
__asm__(“rdrand %0” : “=r(rand)”);

Intrinsicsを使用して書くとこんな感じ

#include <immintrin.h>

int main() {
    unsigned int rand;
    _rdrand32_step(&rand);

    return 0;
}

Intrinsicsを使う場合には、gccのコンパイルオプションに-mrdrndスイッチをつける必要があります。
コンパイルするときは次の感じ、ってことですね

$ gcc main.c -mrdrnd

種類

RDRAND命令には、3つの乱数生成命令があります

int _rdrand16_step(unsigned short* dst)
int _rdrand32_step(unsigned int* dst)
int _rdrand64_step(unsigned long long* dst)

それぞれ、16bit,32bit,64bitとなるわけですね。わー
リターンは、0が失敗、1が成功の意です

ぱふぉーまんす

じゃあ実際のところ、ハードウェア乱数生成器ならパフォーマンスはどうなの？というのがやっぱり気になるところだと思います
僕も気になるので、そこらへんはかってみました
環境は次の通りです

C言語標準のrand()関数との比較コードを書きました

const size_t num = 1000000;
std::vector<unsigned int> rdrand_result(num);
std::vector<unsigned int> rand_result(num);

double rdrand_start = gettimeofday_sec();
for(size_t i = 0; i < num;++i) {
    _rdrand32_step(&rnd[i]);
}
double rdrand_end = gettimeofday_sec();

double rand_start = gettimeofday_sec();
for(size_t i = 0; I < num;++i) {
    rand_resul[i] = rand();
}
double rand_end = gettimeofday_sec();

結果は次のようになりました

rdrand: 0.0512741 sec.
rand: 0.0116398 sec.

はい、完敗ですね。お疲れさまでした。
しかもこれ最適化オプションかけてないんですよ。死ぬしかない
……何が悪かったんだろうとか悲しいことを思う前に、rand()関数がどうしてこんなに速いのかを確認してみます
rand()関数の実装は、僕の知る限りではmodなのですが(誰か違ったら教えてください)、modってそもそも超速くね？とか思う訳です
書いてる途中から薄々そんな気はしてましたが
と、ここはまだ詳細検証中なのでうかつには書きません。間違えてそうだし。

はぁ、なんか悲しくなってきたのでこの辺で筆を止めます。
突っ込み募集中なので、よければ指摘してください。つーかこのルーターネットワークがぶちぶち切れすぎて笑えないのだ……