使用 ARM NEON SIMD 实现高吞吐位打包内核
基于 ARM NEON SIMD 内联函数，实现单线程 86 GB/s 位打包内核，适用于嵌入式与服务器高吞吐数据压缩场景。
在数据密集型应用中，位打包（bitpacking）是一种高效的整数压缩技术，通过动态分配最小位宽存储小整数序列，实现存储空间优化和高吞吐处理。特别是在嵌入式设备和服务器环境中，位打包可显著降低内存占用和 I/O 延迟。本文聚焦使用 ARM NEON SIMD 内联函数实现位打包内核，探讨其核心原理、优化策略及工程参数，帮助开发者构建高性能压缩模块。
位打包的核心在于将一组整数按其最大值范围计算所需位宽，然后逐位打包存储，避免浪费高位空间。例如，对于一组 0-255 范围的整数，仅需 8 位即可表示，而传统 32 位整数存储会浪费 24 位。通过 SIMD 并行处理多个整数，位打包可实现极高吞吐。ARM NEON 作为 ARMv7-A 及以上架构的 SIMD 扩展，提供 128 位向量寄存器，支持并行位移、逻辑运算和加载/存储操作，是实现高效位打包的理想工具。
证据显示，NEON 的位操作指令如 vshl_u8（向量左移）和 vand_u8（向量与）可并行处理 16 个 8 位整数。实际实现中，先计算块内最大值确定位宽 b（1 ≤ b ≤ 32），然后使用 NEON 加载整数块，进行右移掩码提取低 b 位，并通过循环移位累积打包到输出缓冲区。GitHub 用户 ashtonsix 的相关仓库展示了单线程位打包内核达到 86 GB/s 的基准性能，这得益于 NEON 的 128 位宽并行性和低延迟位移（单周期执行）。相比标量实现，NEON 版本在 Cortex-A76 等现代 ARM 核心上加速 4-8 倍，适用于日志压缩、数据库索引和实时数据流处理。
可落地参数包括：块大小设为 128 个整数（充分利用 128 位向量），位宽计算使用 __builtin_clz 优化；内存对齐为 16 字节，避免 unaligned load 罚时；监控指标为打包吞吐（GB/s）和压缩比（原始大小/打包大小 > 2 时有效）。回滚策略：若位宽 > 24 位，切换到无压缩模式以防性能下降。清单：1. 包含 arm_neon.h；2. 使用 vld1q_u32 加载；3. vandq_u32 掩码；4. vextq_u32 位提取；5. vst1q_u32 存储。实际部署中，在服务器如 AWS Graviton 上测试，确保 NEON 启用（-mfpu=neon 编译旗标）。
总之，ARM NEON 位打包内核通过 SIMD 加速，实现高吞吐压缩，平衡了效率与复杂度，在嵌入式和云应用中展现潜力。开发者可从简单块实现起步，逐步优化循环展开和预取，提升至 86 GB/s 级性能。（912 字）