Relaxed SIMD

computer-sciencewebassemblysimdwasm

WebAssembly SIMD の厳密な決定性要件を緩和し、ハードウェア固有の高速命令を活用可能にする拡張提案。2024年7月に Phase 4 (Finished Proposal) に到達。WebAssembly 3.0 仕様の一部。

動機: なぜ「緩和」が必要か

Fixed-width SIMD は全プラットフォームでビット一致する結果を保証する。しかしこの決定性のために、ハードウェアが1命令で実行できる操作を複数命令でエミュレーションする必要がある場面がある:

graph LR
    subgraph "Fixed-width SIMD"
        A["a * b + c"] --> B["MUL (丸め)"] --> C["ADD (丸め)"]
        B -.->|"二重丸め"| C
    end
    subgraph "Relaxed SIMD"
        D["a * b + c"] --> E["FMA (単一丸め)<br/>ハードウェアが対応していれば"]
    end

FMA (Fused Multiply-Add) の例: ハードウェア FMA は乗算と加算を1回の丸めで実行するため、二重丸めより精度が高く高速。しかし結果が異なるため Fixed-width SIMD では使えなかった。

非決定性の扱い

設計原則: 「各ランタイム環境は各演算子に対してグローバルに固定された射影を選択する」

追加命令

FMA (Fused Multiply-Add)

命令演算
f32x4.relaxed_madd(a, b, c)a * b + c
f32x4.relaxed_nmadd(a, b, c)-(a * b) + c
f64x2.relaxed_madd(a, b, c)a * b + c
f64x2.relaxed_nmadd(a, b, c)-(a * b) + c

非決定性: 二重丸め or 単一丸め (ハードウェア FMA)。ML推論、物理シミュレーション、信号処理で特に有用。

Integer Dot Product

命令説明
i16x8.relaxed_dot_i8x16_i7x16_sINT8 ペアワイズ乗算 → INT16 加算
i32x4.relaxed_dot_i8x16_i7x16_add_s上記 + INT32 アキュムレータ加算

ML推論 (INT8 量子化モデル) の行列演算で特に有用。x86 の VPDPBUSD (VNNI) に直接マッピング可能。

Relaxed Swizzle

命令説明
i8x16.relaxed_swizzle(a, s)範囲外インデックスの結果が実装定義 (0 or モジュロラップ)

Fixed-width の i8x16.swizzle は範囲外=0 を保証するために追加命令が必要な場合がある。relaxed 版はハードウェア命令をそのまま使える。

Relaxed Float-to-Int

命令説明
i32x4.relaxed_trunc_f32x4_s/uNaN 入力で 0 or INT32_MAX/UINT32_MAX (実装定義)
i32x4.relaxed_trunc_f64x2_s/u_zero同上 (f64 版)

Fixed-width 版は NaN 入力で必ず 0 を返すことを保証するが、そのチェックにコストがかかる。

Relaxed Lane Select

命令説明
i8x16/i16x8/i32x4/i64x2.relaxed_laneselect(a, b, m)マスクビット混在時の挙動が実装定義

x86 の PBLENDVB (バイト単位) と ARM の BSL (ビット単位) のセマンティクス差を吸収。

Relaxed Min/Max

命令説明
f32x4.relaxed_min/maxNaN 入力時や -0 vs +0 でどちらを返すか実装定義
f64x2.relaxed_min/max同上

Fixed-width の min/max (NaN 伝播) は x86 で 7-10 命令かかるが、relaxed 版は 1 命令で済む。

Relaxed Q15 乗算

命令説明
i16x8.relaxed_q15mulr_s両入力が INT16_MIN の場合のオーバーフロー処理が実装定義

ブラウザ対応状況

ブラウザ状況
Chrome出荷済 (デフォルト有効)
Edge出荷済 (Chromium 追従)
Firefox145 でデフォルト有効化 (2025)
Safariフラグ付きで利用可能

言語での使い方

Rust

use std::arch::wasm32::*;

#[target_feature(enable = "simd128,relaxed-simd")]
pub unsafe fn fused_multiply_add(
    a: &[f32; 4], b: &[f32; 4], c: &[f32; 4]
) -> [f32; 4] {
    let va = v128_load(a.as_ptr() as *const v128);
    let vb = v128_load(b.as_ptr() as *const v128);
    let vc = v128_load(c.as_ptr() as *const v128);
    let result = f32x4_relaxed_madd(va, vb, vc);
    let mut out = [0.0f32; 4];
    v128_store(out.as_mut_ptr() as *mut v128, result);
    out
}

C/C++ (Emscripten)

#include <wasm_simd128.h>
// emcc -msimd128 -mrelaxed-simd -O2

v128_t fma(v128_t a, v128_t b, v128_t c) {
    return wasm_f32x4_relaxed_madd(a, b, c);
}

プリプロセッサ検出: #ifdef __wasm_relaxed_simd__

押さえどころ（カード化候補）

関連

Graph

Backlinks