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技术编程|SIMD：为什么Intel CPU选择了它？


SIMD是Single-instruction multiple-data的缩写 。 意思是通过一条指令就能够对若干笔数据进行处理运算 。 这种指令对于整数型数组运算 ， 或者是图象像素点运算都极为有利 。 为了支持这种处理模式 ， Intel推出了一系列的技术和指令集 ， 这其中包括：
MMX技术
SSE扩展指令集
SSE2扩展指令集
SSE3扩展指令集
SSE3补充指令集
SSE4扩展指令集
所有的技术或是指令集都提供了若干指令用来支持SIMD运算 。 其运算对象可以是整数型数据或者是浮点数据 。
对于SIMD的整数数据运算 ， 可以使用64位MMX寄存器 ， 或者是128位XMM寄存器 。 而对于SIMD的浮点数据运算 ， 则只能是哟很难过128位的XMM寄存器 。
在奔腾II时期 ， Intel就推出了MMX技术 ， 该技术包括了MMX指令集以及MMX寄存器 。 MMX寄存器为64位宽度 ， 可以一次性处理8个独立字节的整数型运算 ， 或者是4个独立16位的整数型运算 ， 或者两个独立的32位整数型运算 ， 或者一个64位整数型运算 。
【技术编程|SIMD：为什么Intel CPU选择了它？】当到了奔腾III时期 ， Intel又推出了SSE扩展指令集 。 这些指令可以在XMM寄存器中处理单精度浮点数据 ， 或者在MMX寄存器中处理整数型数据 。 部分SSE指令提供了对状态 ， 缓存（Cache）和内存访问顺序等方面的控制 。 SSE指令集对于图象处理方面进行了补强 。 例如3D建模 ， 渲染和视频解码等方面 。
Intel的奔腾4和至强（Xeon）系列处理器推出后 ， 又增加了SSE2扩展指令集 。 这些指令可以使用相同的XMM寄存器处理双精度浮点数据和整数型数据 。 这样一来 ， 原本只能处理64位整数型数据的能力得到了提升 。 除此之外 ， 在对缓存以及内存访问顺序方面 ， SSE2也提供新的支持 。
SSE3扩展指令集伴随着奔腾4处理器超线程(Hyper-Threading)技术一起发布 。 SSE3扩展指令集增加了13个新指令用来提高SIMD相关运算的性能 。
SSSE3扩展指令集增加了32个指令用来提升SIMD对于整数型数据运算的性能 ， 最早在Intel的Xeon 5100系列和Intel Core 2处理器上使用 。
SSE4扩展指令集又增加了54条指令 。 其中47条指令被称为SSE4.1 ， 剩下7条指令被称为SSE4.2 。
进入到Intel 64架构后 ， 128位的XMM寄存器由原来的8个 ， 增加到了16个 。
再往后 ， Intel推出了AVX （Advacned Vector Extensions）技术 。 相比传统的SIMD相关运算 ， AVX提供了更为强大的架构支持 。 主要特点如下：
提供了256位的YMM寄存器 ， 用来扩展原本的XMM寄存器 。
相比128为XMM寄存器来说 ， 两倍效能提升（如果执行时间一致的话）
相比传统SIMD指令 ， AVX指令能够支持3操作数运算 ， 这对于编程来说 ， 提供更好的灵活性 。 如果只有两个操作数 ， 势必有一个操作数中的内容将会被运算结果替换掉 。

技术编程|SIMD：为什么Intel CPU选择了它？
本文插图

Reference:
Intel? 64 and IA-32 ArchitecturesSoftware Developer’s ManualVolume 1 (2.2.7 SIMD Instructions)


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