窺視靈魂深處 AMD新一代SIMD指令集剖析

2011-08-05Mik《微型計(jì)算機(jī)》2011年7月下

對(duì)處理器來(lái)說(shuō)指令集是賦予硬件活力的催化劑，就像靈魂之于肉體。因此，AMD與Intel在指令集研發(fā)的斗爭(zhēng)上從來(lái)沒(méi)有停息過(guò)，只是隨著AMD的推土機(jī)微架構(gòu)逐漸浮出水面，x86領(lǐng)域的SIMD(Single Instruction Multiple Data單指令多數(shù)據(jù)流)指令之爭(zhēng)將暫時(shí)告一段落。據(jù)現(xiàn)有消息來(lái)看推土機(jī)架構(gòu)的指令集規(guī)格比Sandy Bridge乃至后續(xù)的Ivy Bridge都要完整。這不禁讓人好奇，以XOP、FMA4 等為代表的AMD新一代指令集到底有何特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，能有如此的前瞻性。

Bulldozer（推土機(jī)）是AMD繼使用了多年的K10 micro architecture（微架構(gòu)）后全新一代的微架構(gòu)。從AMD給出的官方資料來(lái)看AMD除了在Bulldozer上實(shí)現(xiàn)自家的 XOP、FMA4以及CVT16指令外，還將完整地支持Intel Sandy Bridge上的所有指令集。除了以前的MMX和SSE系列指令，還將包括新的SSE4.1、SSE4.2、AVX、AES和CLMUL 指令集。

Bulldozer和Sandy Bridge架構(gòu)的指令集對(duì)比介紹

1.Sandy Bridge支持的指令集

Sandy Br idge微架構(gòu)的處理器已經(jīng)在2011年1月發(fā)布了，在SIMD指令方面Sandy Bridge微架構(gòu)的處理器支持新一代的AVX（Advanced Vector Extensions高級(jí)適量擴(kuò)展）、AES或者說(shuō)AES-NI（Advanced Encryption Standard New Instructions高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)指令）以及CLMUL指令，但并不提供對(duì)FMA指令的支持。從Intel給出的資料顯示，在下一代微架構(gòu)Ivy Bridge上FMA指令也不會(huì)得到支持，要到Haswell微架構(gòu)才會(huì)將FMA指令集加入到支持列表中。

2.Bulldozer支持的指令集

AMD即將登場(chǎng)的推土機(jī)架構(gòu)處理器，桌面產(chǎn)品代號(hào)為Zambezi，在SIMD指令方面推土機(jī)微架構(gòu)將完整地支持Intel新一代的AVX、AES以及CLMUL指令，并對(duì)SSE系列的擴(kuò)展指令進(jìn)行了補(bǔ)充支持，包括SSSE3、SSE4.1和SSE4.2指令集。此外，除了繼承自己的老指令集，還會(huì)提供包括XOP、FMA4以及CVT16指令集在內(nèi)的新指令集。實(shí)際上XOP、FMA4和CVT16指令集是從SSE5發(fā)展改良而來(lái)的，使用了AVX指令的設(shè)計(jì)方案，可以理解為是對(duì)AVX指令集的補(bǔ)充。值得注意的是，對(duì)于CVT16指令集AMD官方?jīng)]有文檔化，還不能肯定推土機(jī)架構(gòu)處理器是否能支持。

從SSE5和AVX開(kāi)始的新一代指令集之爭(zhēng)

在對(duì)x86指令集背景知識(shí)有所了解后，我們進(jìn)入本文所要講的主角——XOP系列指令集。由于XOP系列指令集算是AVX的擴(kuò)充版，所以筆者將嘗試帶領(lǐng)讀者深入探索，對(duì)比AVX與XOP系列指令的底層知識(shí)。

XOP、FMA4以及CVT16指令是由SSE5演變發(fā)展而來(lái)，可是SSE5指令集已經(jīng)不存在了，AMD改變了SSE5指令集的設(shè)計(jì)方案，它的指令編碼方式使用了AVX的編碼規(guī)則，以達(dá)到兼容AVX指令的方案。也因此，XOP指令與AVX指令不存在沖突，你甚至可以將XOP、FMA和CVT16指令集可以看作是對(duì)AVX指令集的補(bǔ)充。

實(shí)際上XOP、FMA4、CVT16以及FMA、AES（AES-NI）、CLMUL指令都使用了AVX的指令編碼設(shè)計(jì)方式。從這方面來(lái)看AVX統(tǒng)一了新一代SIMD指令的編碼設(shè)計(jì)方案，這完全有別于早前的SSE系列僅以指令來(lái)區(qū)別的指令集形式。從這個(gè)趨勢(shì)看AVX的指令集編碼設(shè)計(jì)方案將在x86處理器平臺(tái)上統(tǒng)冶相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，換句話說(shuō)Intel又掌握了未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)x86架構(gòu)指令集設(shè)計(jì)的主動(dòng)權(quán)。

AMD新指令集得從 AVX系指令集說(shuō)起

Intel 的AVX系指令集包括下面4個(gè)子集：

(1) AVX指令集：新一代的SIMD指令

(2) FMA指令集：新一代的fused-multiply-add SIMD指令

(3) AES-NI指令集：新的指令由原SSE指令演變而來(lái)

(4) CLMUL指令集：新的指令由原SSE指令演變而來(lái)

這些指令集都統(tǒng)一使用了AVX指令的編碼設(shè)計(jì)規(guī)則，F(xiàn)MA是全新的子集，而AES-NI與 CLMUL指令由原有的SSE系列指令演變而來(lái)，因此它們既有SSE版本，也有全新的AVX版本。推土機(jī)完整地支持AVX，實(shí)現(xiàn)的指令與Intel的AVX完全兼容。因此這里描述的AVX指令內(nèi)容既適合Intel也同樣適合AMD。

AVX在規(guī)格方面，提供了共365條指令，其中包括：

提供了35條256位的double-precision（雙精度）和single-precision（單精度）浮點(diǎn)vector運(yùn)算。覆蓋了9類(lèi)運(yùn)算：

add（加）：例如 vaddps指令

subtract（減）：例如vsubps指令

multiply（乘）：例如vmulps指令

divide（除）：例如vdivps指令

square-root（平方根）：vsqrtps指令

compare（比較）：例如vcmpps指令

max（求大值）：例如vmaxps指令

min（求小值）：例如vminps指令

round（舍入）：例如vroundps指令

提供了57條256位非運(yùn)算類(lèi)的數(shù)據(jù)處理指令，其中包括了39條256位數(shù)據(jù)處理指令和18條新提供的256位vector數(shù)據(jù)處理指令。

FMA指令

FMA指令是AVX指令集的一個(gè)分支，因此FMA指令使用的是與AVX指令同樣的編碼設(shè)計(jì)規(guī)則。事實(shí)上，Intel的FMA指令集也吸取了AMD提出的SSE5指令集的精髓，F(xiàn)MA指令的fused-multiply-add（融合乘加）與SSE5中的multiply-add/subtract運(yùn)算如出一轍。當(dāng)前FMA指令已分為2個(gè)版本：

FMA3版本：這是Intel實(shí)現(xiàn)的，提供了3個(gè)操作數(shù)。

FMA4版本：這是AMD實(shí)現(xiàn)的，提供了4個(gè)操作數(shù)。

FMA指令實(shí)現(xiàn)了多樣的融合乘加/減操作，包括：

fused-multiply-add（融合乘加）操作，例如：VFMADDPS指令等。它做的操作表示為：d = (a * b) + c

fused-multiply-subtract（融合乘減）操作，例如：VFMASUBPS指令等。它做的操作表示為：d = (a * b) - c

fused-multiply-add/subtract interleave（融合乘與交互加減）操作，例如：FMADDSUBPS指令，F(xiàn)MASUBADDPS指令等，操作數(shù)必須為vector數(shù)據(jù)，因此：可以一串式子表示為：d[1] = (a[1] * b[1]) + c[1]，d[0] = (a[0] * b[0]) -c[0]　這意味著vector中的數(shù)據(jù)交互進(jìn)行融合乘加/減。

signed-reversed multiply on fused multiply-add（負(fù)融合乘加）操作，例如：VFNMADDPS指令，這表示：相乘后取負(fù)然后相加，即：d = - (a * b) + c

signed-reversed multiply on fused multiply-subtract（負(fù)融合乘減）操作，例如：VFNMSUBPS指令，這表示：相乘后取負(fù)然后相減，即：d = - (a * b) - c

這些FMA指令集包括256位的浮點(diǎn)vector運(yùn)算，還提供了128位的浮點(diǎn)vector數(shù)據(jù)與scalar數(shù)據(jù)運(yùn)算。對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算來(lái)說(shuō)，F(xiàn)MA指令可謂提供了質(zhì)的效能飛越。

AMD的FMA4版本

AMD在FMA指令上實(shí)現(xiàn)了4個(gè)operands（操作數(shù)），被稱(chēng)為FMA4版本。對(duì)于上面第一個(gè)例子，我們用FMA4指令可以描述為：

// FMA4 指令

vfmaddsd xmm0, xmm1, xmm2,xmm3（表示xmm0 = xmm1 * xmm2+ xmm3）

vmovsd mmword ptr [d], xmm0（表示d = xmm0）

可以看到AMD的FMA4指令支持4-operand（4個(gè)操作數(shù)），這樣可以無(wú)損地使用目標(biāo)操作數(shù)，圖1直觀地表達(dá)了vfmaddsd指令的操作：

圖1

Intel的FMA3版本

在FMA3版本中，其中一個(gè)操作數(shù)既是源操作數(shù)又是目標(biāo)操作數(shù)，上面的示例使用FMA3指令描述如下：

// FMA3 指令

v fma d d213s d xmm1, xmm2,xmm3（表示xmm1=xmm1*xmm2+xmm3）

vmovsd mmword ptr [d], xmm1（表示d=xmm1）

在FMA3版本中第1個(gè)源操作數(shù)也是目標(biāo)操作數(shù)，vfmadd213sd指令的操作過(guò)程如圖2所示：

圖2 我們看到這個(gè)圖上表示了src1和dest操作數(shù)都是xmm1寄存器。

FMA3與FMA4指令設(shè)計(jì)的差異

AMD的FMA4指令大部分是從SSE5分離出來(lái)，并增加了少量的新指令。FMA3指令與FMA4指令在規(guī)格上是一致的，它們相同之處都是進(jìn)行相同的運(yùn)算，但是實(shí)現(xiàn)方式有些區(qū)別。兩者除了在操作數(shù)上有別外，大的差異在指令的Mnemonic（助記符），由于Intel的FMA3指令是3個(gè)操作數(shù)，因此額外增加了123的mnemonic方法來(lái)表達(dá)指令操作數(shù)的順序，數(shù)字的意義如下：

1表示：第1個(gè)源操作數(shù)（也是目標(biāo)操作數(shù)），它由ModRM.reg尋址

2表示：第2個(gè)源操作數(shù)，它由VEX.vvvv尋址

3表示：第3個(gè)源操作數(shù)，它由ModRM.r/m 尋址

這些數(shù)字的排列順序有著特殊的意義：

排在第1位表示：被乘數(shù)

排在第2位表示：乘數(shù)

排在第3位表示：加數(shù)或者減數(shù)

舉個(gè)例子：231的mnemonic的排列表示：

第2個(gè)源操作數(shù)是被乘數(shù)

第3個(gè)源操作數(shù)是乘數(shù)

第1個(gè)源操作數(shù)是加數(shù)或減數(shù)，目標(biāo)操作數(shù)原來(lái)存放的就是加數(shù)或減數(shù)。

vfmadd231ps ymm0, ymm1, ymmword ptr [mem]
　 ? ? ? ? ? ? ----- ?---- ?-----------------
?? ? ? ? ? ? ? 加數(shù) ?被乘數(shù) ?乘數(shù)

這是一條典型的FMA3指令，它的運(yùn)算方式是：ymm0=(ymm1*[mem]) + ymm0。然而，同樣的運(yùn)算對(duì)應(yīng)的FMA4指令的語(yǔ)法則是：

vfmaddps ymm0, ymm1,ymmword ptr[mem],ymm0

從上例執(zhí)行fused-mult iply-add操作中我們已經(jīng)可以隱約看出Intel和AMD在指令設(shè)計(jì)中的差異。再以上面的VFMADDSD指令為例：

在AMD的FMA4設(shè)計(jì)中，只存在這種模式：

VFMADDSD dest,src1,src2,src3→dest=src1*src2+src3

無(wú)論指令操作數(shù)如何變化都是按照這個(gè)種模式進(jìn)行運(yùn)算。這種4個(gè)操作數(shù)的設(shè)計(jì)模式提供了更大的靈活性。需要使用特定的操作數(shù)運(yùn)算，只需改變操作數(shù)的位置便可實(shí)現(xiàn)了。

在Intel的FMA3設(shè)計(jì)中，存在3種運(yùn)算模式：

VFMADD132SD dest, src1,src2→dest = dest*src2+src1

VFMADD213SD dest, src1,src2→dest =dest*src1+src2

VFMADD231SD dest, src1,src2→dest=src1*src2+dest

FMA3指令通過(guò)對(duì)指令mnemonic（助記符）的修飾達(dá)到實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)算模式的目的，在這種情況下產(chǎn)生了3條opcode碼，這是3條不同的指令opcode，可是實(shí)際上只進(jìn)行了一種運(yùn)算，就是fused-multiply-add（融合乘加運(yùn)算）。它的好處是：靈活多樣，在某些指令中已經(jīng)賦值給某個(gè)寄存器的情況下，可以從中選擇一種合適的指令來(lái)執(zhí)行fused-multiply-add運(yùn)算，來(lái)保證某一個(gè)操作數(shù)不被改變。弊端是：多增加了opcode碼，可能會(huì)讓人感覺(jué)有些混亂。并且更重要的是會(huì)改變dest操作數(shù)原有的值。

不過(guò)，總體來(lái)說(shuō)FMA3和FMA4的設(shè)計(jì)是殊途同歸，目的和意圖是一樣的。Intel提供了96條FMA3指令，其中36條256位浮點(diǎn)ve ctor運(yùn)算，60條128位的浮點(diǎn)運(yùn)算，包括：vector數(shù)據(jù)與scalar數(shù)據(jù)。AMD提供了64條FMA4指令，其中24條256位浮點(diǎn)vector運(yùn)算，40條128位的浮點(diǎn)運(yùn)算，包括：vector數(shù)據(jù)與scalar數(shù)據(jù)。實(shí)際上FMA4與FMA3指令在規(guī)格上是一一對(duì)應(yīng)的。表面上看FMA4比FMA3少了32條指令，其實(shí)這是因?yàn)镕MA3指令采用了多個(gè)opcode的設(shè)計(jì)方案，這才導(dǎo)至了FMA3指令比FMA4指令多出了32條，但這完全不影響FMA3與FMA4指令是一一對(duì)應(yīng)的事實(shí)。可是這樣又重新步入了指令斗爭(zhēng)的漩渦。理論上說(shuō)支持4個(gè)操作數(shù)的FMA4設(shè)計(jì)更為優(yōu)越，靈活性更大，并且重要的是FMA4并不改變dest操作數(shù)原有的值。但實(shí)際情況中FMA3與FMA4誰(shuí)勝誰(shuí)負(fù)只有等待2013年Haswell微架構(gòu)推出之后以見(jiàn)分曉。

AES與CLMUL指令簡(jiǎn)介

Intel從Westmere微架構(gòu)處理器開(kāi)始就加入了對(duì)AES（AES-NI）指令和CLMUL指令的支持，而AMD也將在推土機(jī)微架構(gòu)處理器中提供對(duì)AES和CLMUL指令的支持。

AES指令

在2010年5月，Int el更新了官方術(shù)語(yǔ)，將AES稱(chēng)為AES-NI（AESNew Instructions），在發(fā)布的AESNI指令集中分兩個(gè)版本各6條指令：

AES版本，也就是S SE版本，它使用了原來(lái)的SSE指令的編碼規(guī)則，僅支持2個(gè)操作數(shù)，在處理器的CPUID標(biāo)志中只需要為支持AES即可。AES版本有6 條指令，分別為：AESENC，AESENCLAST，AESDEC，AESDECLAST，AESKEYGENASSIST以及AESIMC。

AVX版本，使用了AVX指令的編碼規(guī)則，支持3個(gè)操作數(shù)，在處理器CPUID標(biāo)志中需要同時(shí)支持AES與AVX標(biāo)志。對(duì)應(yīng)的AVX版本也有6條指令，分別為：VAESENC，VAESENCLAST，VAESDEC， VAESDECLAST，VAESKEYGENASSIST以及VAESIMC。

AES-NI指令從硬件層上支持加密、解密運(yùn)算，這有軟件層上運(yùn)算無(wú)法比擬的效能優(yōu)勢(shì)，其中4條AES-NI指令是對(duì)round進(jìn)行加密、解密，2條AES-NI指令用來(lái)產(chǎn)生round key。

CLMUL指令

CLMUL指令執(zhí)行的是Carry-less multiplication（無(wú)進(jìn)位乘）操作，實(shí)際上做的是復(fù)雜的二進(jìn)制多項(xiàng)式乘法。CLMUL也分為SSE版本和AVX版本各1條，分為：PCLMULQDQ（SSE版本）以及VPCLMULQDQ（AVX版本）。CLMUL類(lèi)似于AES-NI指令在加密、解密方面得到廣泛的應(yīng)用。

XOP指令的特色

AMD在2007年公布SSE5指令集規(guī)范，SSE5指令是原生的128位設(shè)計(jì)，提供了幾大特色：

浮點(diǎn)multiply-add/subtract運(yùn)算；整數(shù)multiply-add/subtract運(yùn)算；整數(shù)horizontal-add/subtract運(yùn)算；矢量條件move操作；整數(shù)rotate和shift操作；浮點(diǎn)和整數(shù)comparison操作；test操作；round操作；convert操作

事實(shí)上XOP指令集和FMA指令集都脫胎于SSE5指令集，它們是在SSE5指令集的基礎(chǔ)上，使用了與AVX指令同樣的編碼設(shè)計(jì)規(guī)則重新設(shè)計(jì)的指令集。而原來(lái)定義的SSE5指令集已經(jīng)宣告廢止?，F(xiàn)在的XOP指令與SSE5定義的指令格式已經(jīng)大相庭徑。也就是說(shuō)同F(xiàn)AM一樣，XOP指令集中大量的指令都是從SSE5分離出來(lái)的整數(shù)運(yùn)算指令，它的特色包括：

1.XOP指令集原生是128位的設(shè)計(jì)：在256位執(zhí)行環(huán)境中，指令使用128位的xmm寄存器，結(jié)果會(huì)使相應(yīng)的ymm寄存器高128位清0。只有少數(shù)指令會(huì)使用256位的ymm寄存器

2.提供強(qiáng)大的integer（整數(shù)）運(yùn)算：將SSE5指令中的integer運(yùn)算分離形成XOP指令，主要體現(xiàn)在多樣的整數(shù)multiply-add/subtract運(yùn)算；整數(shù)rotate與shift運(yùn)算；以及多樣的comparison與test運(yùn)算。

3.引進(jìn)3個(gè)byes的XOP pref ix編碼設(shè)計(jì)方案：這個(gè)設(shè)計(jì)方案來(lái)源于AVX指令集，舍棄了原來(lái)SSE5指令集中的SIMD prefix與escape opcode，XOPprefix使用了8F這個(gè)opcode。

XOP指令的integer運(yùn)算

與AVX指令強(qiáng)大的f loat（浮點(diǎn)）運(yùn)算形成鮮明的對(duì)比，XOP指令著重于integer（整數(shù)）運(yùn)算，包括：

multiply-add/subtract運(yùn)算，它執(zhí)行的是：整數(shù)的 (a*b)+c

multiply-add-accumulate運(yùn)算，這是一個(gè)相乘后相加再累加的運(yùn)算。

Horizontal add/subtract運(yùn)算：這類(lèi)指令只有兩個(gè)操作數(shù)，在源操作數(shù)內(nèi)進(jìn)行加/減運(yùn)算。

Vector conditional move操作：實(shí)現(xiàn)了在bit級(jí)別的條件選擇賦值操作vpcmov指令。

packed integer rotate/shift操作：這類(lèi)指令分為shift（位移）和rotate（循環(huán)）兩類(lèi)操作，每類(lèi)操作可以實(shí)現(xiàn)多種元素單位，包括：byte，word，doubleword以及quadword這4種元素。shift操作實(shí)現(xiàn)了logic（邏輯）位移以及arithmetic（算術(shù)）位數(shù)，其意義與通用指令中的logic/arithmetic位移是一致的。

packed integer comparison操作：這類(lèi)比較指令分為unsigned（無(wú)符號(hào)數(shù)）比較和singed（符號(hào)數(shù)）比較，同樣操作在byte，word，doubleword以及quadword元素大小。

fraction extract指令：后一部分是提取浮點(diǎn)數(shù)中的小數(shù)（或者分?jǐn)?shù)）部分，這是XOP指令中少量的浮點(diǎn)數(shù)處理指令。這些指令將提供單精度或雙精度浮點(diǎn)數(shù)的分?jǐn)?shù)部分，結(jié)果放入目標(biāo)寄存器相應(yīng)的元素大小部分。

AVX與XOP指令編碼設(shè)計(jì)方案對(duì)比

XOP指令與AVX指令采取了相同的編碼設(shè)計(jì)規(guī)則，在XOP指令中使用了3 bytes的XOP pref ix來(lái)定義XOP指令集，這個(gè)XOP prefix是8F字節(jié)，AVX prefix采用了C4/C5作為AVX prefix，在AVX指令的定義中區(qū)分了AVX 128和AVX 256指令，分別處理128位和256 位數(shù)據(jù)，這是通過(guò)VEX.L來(lái)實(shí)現(xiàn)，XOP指令中同樣使用XOP.L來(lái)確定128位和256位數(shù)據(jù)的處理。接下來(lái)，由于篇幅有限筆者只簡(jiǎn)要介紹一下它們的編碼設(shè)計(jì)方案，AVX與XOP指令編碼與通用指令結(jié)構(gòu)上是一致的，如下圖3所示：

這個(gè)Extended Prefix是AVX prefix或者XOP prefix，在AVX prefix中分為2 bytes與3 bytes，XOP prefix僅使用3 bytes，AVX/XOPprefix，opcode以及ModRM是必須提供，其它部分是可選的。Extended prefix部分是確定AVX指令還是XOP指令的關(guān)鍵。

圖3

SSE指令的特殊prefix

SSE系列指令將x86指令系統(tǒng)推上復(fù)雜化，它們常使用兩個(gè)特殊的pref ix作為opcode的一部分：

escape opcode（或稱(chēng)escape prefix），包括：0F，0F 38以及0F 3A

SIMD prefix，包括：66，F(xiàn)2以及F3

它們事實(shí)上會(huì)作為指令的opcode組成部分一起被提供在指令參考手冊(cè)上，已經(jīng)脫離了原本作為prefix的意義。

AVX prefix與XOP prefix結(jié)構(gòu)

從圖4中我們可以了解到AVX與XOP的組成部分：第1個(gè)字節(jié)是C4/8F（3bytes），C5（2 bytes）接下來(lái)的2個(gè)字節(jié)或１個(gè)字節(jié)，組成部分為：

圖4

VEX.R，VEX.X，VEX.B；VEX.mmmmm；VEX.W；VEX.vvvvv；VEX.L；VEX.pp

大部分情況下，同一條AV X指令可以選擇實(shí)現(xiàn)2 bytes的版本或者3 bytes的版本，滿足指令中的escape opcode為0F或無(wú)需擴(kuò)展ModRM.r/m域，SIB.base以及SIB.base這兩種情況時(shí)3 bytes版本可以轉(zhuǎn)為2 bytes版本。主流的編譯器會(huì)優(yōu)先選擇生成2 bytes VEX prefix的AVX指令encode，以產(chǎn)生更短的指令序列。

AVX prefix與XOP prefix的集成功能

1、集成了REX prefix

VEX.RXB以及VEX.W是對(duì)通用指令中的REX prefix提供了對(duì)擴(kuò)展registers的訪問(wèn)功能，與REX prefix一樣，我們能夠?qū)U(kuò)展的新寄存器進(jìn)行訪問(wèn)。

2、集成了escape opcode

VEX.mmmmm域中集成了escape opcode，VEX.mmmmm使用5 bits來(lái)表達(dá)，這樣使得它可以在未來(lái)的指令集中可以擴(kuò)展更多的escape opcode。

3、集成了SIMD prefix

VEX.pp集成了原有的SIMD prefix。由于VEX prefix對(duì)原SSE指令opcode部分的集成，使得AVX指令輕易地從SSE指令轉(zhuǎn)為AVX指令，除了新提供的AVX指令外，大部分AVX指令都有對(duì)應(yīng)的SSE版本。

XOP.mmmmm與VEX.mmmmm存在區(qū)別，XOP.mmmmm不集成escape opcode，它有兩個(gè)選項(xiàng)值，意
義是：XOP.mmmmm = 8時(shí)，表示指令需要immediate操作數(shù)

XOP.mmmmm = 9時(shí)，表示指令不需要immediate操作數(shù)

與此同時(shí)，VEX.vvvv（XOP.vvvv）是提供源或目標(biāo)操作數(shù)的寄存器尋址，這個(gè)寄存器編碼與原有的寄存器編碼是相反的。

操作數(shù)的尋址

AVX指令和XOP指令都可以提供4個(gè)操作數(shù)的尋址，這4個(gè)操作數(shù)是： ModRM.regVEX.vvvv（或XOP.vvvv）ModRM.r/mimm8[7:4]

對(duì)于只有兩個(gè)操作數(shù)的指令來(lái)說(shuō)，VEX.vvvv將不需要提供尋址，VEX.vvvv必須置為1111值，額外的第4個(gè)操作數(shù)（第3個(gè)源操作數(shù)）有兩個(gè)情境：寄存器操作數(shù)：由8位immediate操作數(shù)的高4位提供；立即數(shù)操作數(shù)：這種情況下它提供的是immediate值，大多數(shù)表現(xiàn)為一些mask值。

展望

從編碼設(shè)計(jì)方式來(lái)看，Intel無(wú)疑再次獲得了行業(yè)的話語(yǔ)權(quán)，統(tǒng)一了未來(lái)一段時(shí)間的指令設(shè)計(jì)方式。但從實(shí)際指令集來(lái)看，AMD重新定義了SSE5指令，根據(jù)AVX編碼方式擴(kuò)展出了XOP、FMA4等一系列更完善的指令集。在保證了兼容性的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化了整數(shù)運(yùn)算效能。這也從側(cè)面印證了AMD要將異構(gòu)運(yùn)算進(jìn)行到底的未來(lái)規(guī)劃。畢竟Radeon系列GPU的浮點(diǎn)運(yùn)算能力十分出眾，對(duì)于未來(lái)的APU來(lái)說(shuō)，x86核心更多的是負(fù)責(zé)整數(shù)運(yùn)算，加強(qiáng)指令集整數(shù)運(yùn)算的效能顯然符合AMD的預(yù)期。至于新一代處理器指令集的效能究竟幾何，還跟實(shí)際處理器的架構(gòu)和運(yùn)行程序的優(yōu)化程度有關(guān)，究竟鹿死誰(shuí)手還讓我們拭目以待。

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用戶評(píng)論

共有評(píng)論(5)

• gcmcplive

  2011.08.09 09:04

  5樓

  專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng) 好文

  頂(0)?踩(0)?回復(fù)

• aya

  2011.08.05 10:42

  4樓

  嗷。。。。

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• qwe222520

  2011.08.05 10:41

  3樓

  ..................................

  頂(1)?踩(0)?回復(fù)

  nikita

  2011.08.05 13:41

  的薩菲就了卡機(jī)了空間啊了飛機(jī)咔就分開(kāi)了沙拉醬了dsl激發(fā)了撒酒瘋了散粉來(lái)減少龍卷風(fēng)洛杉磯大發(fā)了散架啊了飛機(jī)了撒激發(fā)了

  aya

  2011.08.05 11:12

  ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

  aya

  2011.08.05 11:12

  - - - - -。。。

• qwe222520

  2011.08.05 10:41

  2樓

  ............................

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• qwe222520

  2011.08.05 10:40

  1樓

  .............

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