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在Intel Sandy Bridge微架構(gòu)中，Intel引入了256位SIMD擴(kuò)展AVX，這套指令集在兼容原MMX、SSE、SSE2對(duì)128位整點(diǎn)SIMD支持的基礎(chǔ)上，把支持的總向量數(shù)據(jù)寬度擴(kuò)展成了256位。新增了若干條256位浮點(diǎn)SIMD指令。 昨天，Intel剛剛發(fā)布了AVX2指令集，這套指令集在AVX基礎(chǔ)上做了擴(kuò)展，不過(guò)要在2013年發(fā)布的Haswell處理器上才能支持。參考1給出了AVX2的詳細(xì)特性。 AVX2指令集概述相比AVX，AVX2在如下方面做了擴(kuò)展。
跨距訪存支持跨距訪存支持即訪存時(shí)，每個(gè)SIMD數(shù)據(jù)的向量數(shù)據(jù)元素可以來(lái)自不相鄰的內(nèi)存地址。AVX2的跨距訪存指令稱(chēng)為”gather”指令，該指令的操作數(shù)是一個(gè)基地址加一個(gè)向量寄存器，向量寄存器中存放著SIMD數(shù)據(jù)中各個(gè)元素相對(duì)基地址的偏移量是多少。有了這條指令，CPU可以輕松用一條指令實(shí)現(xiàn)若干不連續(xù)數(shù)據(jù)”聚集”到一個(gè)SIMD寄存器中。這會(huì)對(duì)編譯器和虛擬機(jī)充分利用向量指令帶來(lái)很大便利，尤其是自動(dòng)向量化。另外，參考2中對(duì)跨距訪存指令的功能描述中可以看到，當(dāng)該指令的偏移地址向量寄存器中任何兩個(gè)值相同時(shí)，都會(huì)出GP錯(cuò)。這意味著編譯器還是需要些特殊處理才能利用好這條指令。
但跨距訪存指令僅僅支持32位整點(diǎn)、64位整點(diǎn)、單精度浮點(diǎn)、雙精度浮點(diǎn)的跨距訪存操作。從參考4可以猜測(cè)其實(shí)gather指令只是在硬件上分解成若干條32位或64位的微訪存指令實(shí)現(xiàn)。這就移位著其實(shí)一條32×8的SIMD訪存其實(shí)就是8次32位普通數(shù)據(jù)訪存，其訪存延時(shí)和延時(shí)不確定性會(huì)非常大，聊剩于無(wú)。 拓寬原有整點(diǎn)SIMD指令理論上從128位到256位的成倍SIMD寬度擴(kuò)展能帶來(lái)一倍的加速。
位操作指令支持這些指令在加速數(shù)據(jù)庫(kù)壓縮、哈希，大數(shù)的算術(shù)計(jì)算方面會(huì)有幫助。
任意位置的SIMD數(shù)據(jù)置換支持這一支持將使編譯器可以更靈活的使用這條指令協(xié)助自動(dòng)向量化。像參考5這類(lèi)工作就能實(shí)施在Intel的芯片中。
向量-向量移位支持之前Intel上的所有SIMD擴(kuò)展指令的移位操作僅支持所有SIMD數(shù)據(jù)同時(shí)移位相同的位數(shù)，有了向量-向量移位支持，就可以為每個(gè)SIMD數(shù)據(jù)做不同的移位操作。
浮點(diǎn)乘法累積操作之前的X86處理器上的累積操作多數(shù)針對(duì)整點(diǎn)數(shù)據(jù)，這次針對(duì)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)增加的60條SIMD操作會(huì)給Intel跑浮點(diǎn)Benchmark，比如linpack之類(lèi)的帶來(lái)很多加速。 《編譯點(diǎn)滴》評(píng)論之前幾乎所有在通用微處理器上的SIMD指令，都傾向于一刀切策略，即所有的SIMD操作都針對(duì)SIMD數(shù)據(jù)實(shí)施完全相同的操作，并不存在特性化的指令。比如訪存都是從一塊連續(xù)的地址空間直接訪存、移位時(shí)所有的數(shù)據(jù)都移動(dòng)相同的位數(shù)，數(shù)據(jù)置換指令的支持也是最近才出現(xiàn)在通用CPU中的。AVX2的這些支持再次肯定了個(gè)性化的趨勢(shì)，CPU中的SIMD支持朝著GPU的方向大踏步前進(jìn)，并最終趕上并超越向量機(jī)。不得不稱(chēng)贊一下IBM的超前思想。AVX2中的這些特性支持在幾年前的Power處理器中就已經(jīng)出現(xiàn)了。 雖然AVX號(hào)稱(chēng)可以擴(kuò)展到512位甚至1024位的SIMD支持，但是所帶來(lái)的問(wèn)題怎么解決，期待AVX3或者AMD的小宇宙爆發(fā)，或者威盛的黑馬：
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