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在Intel Sandy Bridge微架构中,Intel引入了256位SIMD扩展AVX,这套指令集在兼容原MMX、SSE、SSE2对128位整点SIMD支持的基础上,把支持的总向量数据宽度扩展成了256位。新增了若干条256位浮点SIMD指令。
昨天(2014年8月5日),Intel刚刚发布了AVX2指令集,这套指令集在AVX基础上做了扩展,不过要在2013年发布的Haswell处理器上才能支持。参考1给出了AVX2的详细特性。
相比AVX,AVX2在如下方面做了扩展。
跨距访存支持即访存时,每个SIMD数据的向量数据元素可以来自不相邻的内存地址。AVX2的跨距访存指令称为”gather”指令,该指令的操作数是一个基地址加一个向量寄存器,向量寄存器中存放着SIMD数据中各个元素相对基地址的偏移量是多少。有了这条指令,CPU可以轻松用一条指令实现若干不连续数据”聚集”到一个SIMD寄存器中。这会对编译器和虚拟机充分利用向量指令带来很大便利,尤其是自动向量化。另外,参考2中对跨距访存指令的功能描述中可以看到,当该指令的偏移地址向量寄存器中任何两个值相同时,都会出GP错。这意味着编译器还是需要些特殊处理才能利用好这条指令。
跨距访存指令
但跨距访存指令仅仅支持32位整点、64位整点、单精度浮点、双精度浮点的跨距访存操作。从参考4可以猜测其实gather指令只是在硬件上分解成若干条32位或64位的微访存指令实现。这就移位着其实一条32×8的SIMD访存其实就是8次32位普通数据访存,其访存延时和延时不确定性会非常大,聊剩于无。
理论上从128位到256位的成倍SIMD宽度扩展能带来一倍的加速。
从128位扩展到256位的整点SIMD指令
这些指令在加速数据库压缩、哈希,大数的算术计算方面会有帮助。
新增的位访存操作指令
这一支持将使编译器可以更灵活的使用这条指令协助自动向量化。像参考5这类工作就能实施在Intel的芯片中。
任意位置数据置换指令支持
之前Intel上的所有SIMD扩展指令的移位操作仅支持所有SIMD数据同时移位相同的位数,有了向量-向量移位支持,就可以为每个SIMD数据做不同的移位操作。
向量-向量移位操作支持
之前的X86处理器上的累积操作多数针对整点数据,这次针对浮点数据增加的60条SIMD操作会给Intel跑浮点Benchmark,比如linpack之类的带来很多加速。
之前几乎所有在通用微处理器上的SIMD指令,都倾向于一刀切策略,即所有的SIMD操作都针对SIMD数据实施完全相同的操作,并不存在特性化的指令。比如访存都是从一块连续的地址空间直接访存、移位时所有的数据都移动相同的位数,数据置换指令的支持也是最近才出现在通用CPU中的。AVX2的这些支持再次肯定了个性化的趋势,CPU中的SIMD支持朝着GPU的方向大踏步前进,并最终赶上并超越向量机。不得不称赞一下IBM的超前思想。AVX2中的这些特性支持在几年前的Power处理器中就已经出现了。
虽然AVX号称可以扩展到512位甚至1024位的SIMD支持,但是所带来的问题怎么解决,期待AVX3或者AMD的小宇宙爆发,或者威盛的黑马:
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