Я предполагаю, что «S» означает источник, а «D» означает назначение, поэтому вы сравниваете 2 назначения 1 источника с 2 источниками 2 назначения и обычную сортировку слиянием с многофазной сортировкой слиянием. Статья в вики включает в себя следующие случаи:
https://en.wikipedia.org/wiki/Polyphase_merge_sort
Обратите внимание, что статья в вики сфокусирована на внешних сортировках, где издержки сравнения игнорируются и рассматривается только перемещение данных.
Для внутренней обычной сортировки слиянием с оперативной памятью для сортировки 2S-2D требуется только два массива, поскольку 2 источника могут быть четными, а нечетные - в одном массиве источников, а выходные данные также могут быть в одном массив. Для внутренней многофазной сортировки слиянием необходимо как минимум 3 массива (2S-1D). В моей системе, даже если многофазная сортировка слиянием на 3 массива делает примерно на 5% больше ходов, чем обычная сортировка слиянием на 2 массива, многофазная работа заканчивается примерно на 5% быстрее, вероятно из-за проблем с кэшем.
Trivia - для 3-х стеков (версия интерфейса 2S-1D только для LIFO) сортировка по многофазному слиянию выполняется быстрее всего.