指令SNB有多强 AVX指令集的出现慢慢引起质变

S N B有多强AVX指令集的出现慢慢

引起质变

目前对于Sandy Bridge架构下AVX指令集的评价主要有两个方面一是说AVX完全没有摆脱X86的阴影角度出发这个笔者可以理解。毕竟X86都沿用了这么多年了有些网友可能处于对新事物的期待。另外就是称其为革命性变革虽然有点夸张不过笔者还是比较认可后者。我也希望可以有一种更新进的模式颠覆X86的时代不过这种可能性实现起来很困难。

某种角度上笔者比较赞同颠覆说网友的看法。 AVX并不是x86CPU的扩展指令集而是可以实现更高的效率 同时也和CPU硬件兼容性也更好并且也有着足够的扩展空间这都和其全新的命令格式系统有关。更加流畅的架构就是AVX发展的方向换言之就是摆脱传统x86的不足在SSE指令的基础上AVX也使SSE指令接口更加易用。我们可以从以下两个方面来分析…

一、 AVX革新的指令格式

AVX的256bits SIMD扩展支持是其最具革新的设计部分 同时也代表了指令编码格式的变更。头部增加prefix让扩展成为可能而增强的寄存器也使指令头部分不断增加prefix成为了可能。这就似乎是由一个房子出来站到了院子里一般摆在他面前的是更宽广的世界。

二、 AVX最新的编码系统

针对AVX的最新的命令编码系统 Intel也给出了更加详细的介绍其中包括了大幅度扩充指令集的可能性。 比如Sandy Bridge所带来的融合了乘法的双指令支持。从而可以更加容易地实现512bits和1024bits的扩展。而在2008年末到2009年推出的meni ikoaCPU"Larrabee(LARAB)"处理器就会采用AVX指令集。从地位上来看AVX也开始了Inte l处理器指令集的新篇章。

基于这些Intel AVX带来的前景似乎非常明朗下面我们来看看AVX的未来剑指何方。

AVX的未来指令格式

支持16路SIMD指令

VEX是AVX的编码系统简称。 由于VEX的支持AVX的长指令可以变得更短而VEX的payload也有着1字节和2字节两种 VEXprefix为1字节payload的C5和2字节的C1 以及1字节的payload等情况 同样的指令和之前的指令格式比较beru的1字节分指令相比也更短。 Intel的Bob Valentine先生在IDF峰会上曾经介绍过AVX带来的蓝图。

VEX编码格式的另外一个重要点就是有着强大的指令集扩展支持而对于同样命令长度的指令也更加容易地实现这样就使不断增长的命令兼容变得更加容易。

其中5字节版的payload也专门有着指令扩展的3比特空间而3bits也以为着1000条新指令的支持全新的ficha和新的寄存器以及vector也都可以更加容易地增加。

除了VEX指令格式外还有着1,024bits的SIMD的支持。 同时多重prefix的支持和之前的beru比较全部的指令在格式上都更小之前的1字节C5通过C4也可以决定op code的长度。而从硬件上来看的话指令的puridekodo实现也更加容易。

VEX解决x86 CPU瓶颈

AVX的VEX的编码系统从某一侧面上也反应了Intel处理器今后的进化趋势 因为它解决了x86系列CPU在decoding上的不足。 Core MA有着4条命令的执行通道不过front end却存在着不足首先L1缓存fetch端口也有着16字节的长度。而fetch的命令次数也被得到了限制。首先IA-32/Intel 64命令的puridekodo也有着先天的瓶颈而操作数和地址长度的指令prefix"LCP(Length Changing Prefixes) 使得puridekodo变得更慢所以必须要改变长标注的算法。fetch&puridekodo的最优化设计

Core MA在puridekodo&decoding方面的不足从根本上来看是IA-32/Intel 64指令集架构本身的问题。 IA-32/Intel 64架构为了增强长命令而增设的缓存使命令fetch拜年的更长并且更加复杂的命令格式也由此产生。RISC(Reduced Instruction Set Computer)的命令格式也决定了其长度decoding虽然容易但x86系CPU也就要以牺牲资源为代价 同时也带来了电力的额外消耗。

实际上最新的Nehalem也有着类似Core MA的不足从某种程度上来看也延续了其不足如果明确了这一问题的话那么Nehalem就必须要改进其中16bytesfetch和puridekodo等方面的改进就势在必行了。而改进所需要的庞大晶体管增加也会带来功耗的增加。

Nehalem的fetch&decoding Nehalem的设计其实存在着疑问不过从VEX格式来分析的话其意图就非常明确了。 Intel在完善了CPU的puridekodo&decoding硬件设计的同时必须要改进指令格式本身。 fetch的指令变短的同时指令的标注却更加复杂了而解决的唯一办法就是改进指令格式。

在充分考虑硬件方面设计后 intel做出了VEX格式开始的决策。 IDF上Valentine先生也对VEX格式进行了详细的说明。他是Core MA的front end的fetch开发以及decoding的高级架构师 同时也是IA-32/Intel 64指令编码器的设计专家。

从整体来看AVX指令的话可以看出intel公司都CPU开发的全部脉络Intel公司在对比beru的话产生改进Drastic的指令集的微架构的想法就变得顺理成章了如果分析原因的话那就是微架构本身的改进了。全新的CPU必然要有更好的性能表现想要提高CPU的性能那么指令集是最行之有效的手段。

AVX扩展指令包含了SSE指令这也有助于像AVX时代的过度。 日前的SSEVEX格式也并不需要绝对的转换过程。 Intel公司的Benny Eitan先生也提到 出于整体的考虑 Intel公司对于AVX普及的进行并不会泰国迅速并且也不会立刻停止SSE时代。 Sandy Bridge也增强了解码器的支持和之前的IA-32/Intel 64prefix相比 decoding也有了全新的VEX格式的支持。其中

VEX指令对于decoding的命令数的支持上更加强劲 同时VEX在执行效率上也更加出色。不过这些和Sandy Bridge真正到来的时候可能还存在差异。