SSE2

SSE2，全名為Streaming SIMD Extensions 2，是一種 IA-32 架構的 SIMD（單一指令多重資料）指令集。SSE2 是在 2001年隨著 Intel 發表第一代 Pentium 4 處理器也一併推出的指令集。它延伸較早的 SSE 指令集，而且可以完全取代 MMX 指令集。在 2004年，Intel 再度擴展了 SSE2 指令為 SSE3 指令集。與 70 條指令的 SSE 相比，SSE2 新增了 144 條指令。在 2003年，AMD 也在發布 AMD64 的 64 位元處理器時跟進 SSE2 指令集。

SSE2 的更動

SSE2 延伸了 MMX 指令群使用 XMM 暫存器來運算，這能讓開發人員完全避免讓 8 個 64 位元 MMX 暫存器與原有的 IA-32 浮點運算暫存器共用。而這樣子就能夠不需要切換 MMX 與 x87 浮點運算的前提之下混合 SIMD 純量與浮點向量運算。不過，這不會因為 SSE 的暫存器的精度提高而讓運算結果的精度也提高。

而還有部分的 SSE2 指令集包含了一系列的 CPU 快取控制指令。當處理理論上無限的資料流，還有數字格式轉換指令所產生出來的大量補數，能夠使快取污染有效的降低。

AMD 在 AMD64 架構上的 SSE2 再新增額外 8 個暫存器，把暫存器的量提升到 16 個（XMM0～XMM15）。這些額外的暫存器只有執行於 64 位元的模式下才能夠使用。2004年，Intel 也採用這些額外的暫存器於它的 x86-64（Intel 64）架構。

x87 浮點運算器與 SSE2 的差別

FPU 的指令集（x87）通常在運算時使用 80 位元的精度。原始的 FPU 軟體的演算法如果套用到 SSE2，在數學運算上或是資料輸入肯定會造成一些可測得的數值誤差。這在科學運算上是很嚴重的問題，會導致在不同的架構上運算出互不相同的結果。而這問題很容易發生在編譯器在解釋一條包含好幾項運算子（加減乘除）的數學式上。取決於使用哪種編譯方式（與最佳化），計算過程中會產生不一樣的中間值。而在 FPU 中這些中間值會從 80 位元截成 64 位元。而當這被截掉的中間值拿來運算，最後的數值有可能會大不相同。下面使用 G95 編譯的 Fortran 程式碼就是其中一個例子。

program hi
real a,b,c,d
real x,y,z
a=.013
b=.027
c=.0937
d=.79
y=-a/b + (a/b+c)*EXP(d)
print *,y
z=(-a)/b + (a/b+c)*EXP(d)
print *,z
x=y-z
print *,x
end

編譯成 387 浮點運算指令並且執行結果：

# g95 -o hi -mfpmath=387 -fzero -ftrace=full -fsloppy-char hi.for
# ./hi
 0.78587145
 0.7858714
 5.9604645E-8

編譯成 SSE2 指令並且執行結果：

# g95 -o hi -mfpmath=sse -msse2 -fzero -ftrace=full -fsloppy-char hi.for
# ./hi
 0.78587145
 0.78587145
 0.

MMX 與 SSE2 的差別

SSE2 讓 MMX 指令群使用 XMM 暫存器來運算。換句話說，現有的 MMX 指令碼能夠完全轉換成 SSE2。不過 XMM 的暫存器是 MMX 暫存器的兩倍大，迴圈計數器與記憶體存取機制也會跟著修改來因應此變化。

而即使一個 SSE2 指令能夠比 MMX 指令操作多兩倍資料量，性能也並沒有很明顯的提升。有兩個主要原因導致此現象：記憶體內部存取 SSE2 的資料並沒有以 16 位元組的間隔對齊，這會造成明顯的性能損失。還有在大多數的 x86 架構實作上 SSE2 的指令吞吐量是小於 MMX 的。Intel 首先面對第一個問題的解決方案是在 SSE3 指令中新增一個指令，能夠在處理未對齊的資料時減少 overhead。而第二個問題也在 Core 微架構中將執行引擎加寬而解決。

支援的編譯器

於2000年剛發布的時候，完全沒有任何軟體開發工具支援 SSE2。例如，如果想要在 Microsoft Developer Studio 裡面使用 SSE2 指令集，程式開發人員就要自己寫 inline-assembly，或是從外部來源引入（import）目的碼。後來發布了 Visual C++ Processor Pack，才使 Visual C++ 與 MASM 支援 SSE2。

目前 Intel 官方版的 Intel C++ 編譯器能夠在不用自行輸入 assembly 而自動編譯出 SSE4/SSSE3/SSE3/SSE2/SSE 的機器碼，能夠使程式開發人員專注於更高層的演算法開發，而不是組譯階段的指令集實作。自從 Intel 發表了 Intel C++ 編譯器，它大量增加 SSE2 於 Windows 應用程式開發。

自從 GCC 3 推出，它能夠自動生成 SSE/SSE2 純量碼。而 SSE/SSE2 的自動向量化也新增在 GCC 4。

Sun Studio Compiler Suite 在使用此 -xvector=simd 參數時也能夠產生 SSE2 指令碼。

支援 SSE2 指令集的處理器

• Athlon 64、Sempron 64、Turion 64 等為主的 AMD K8 架構處理器
• Phenom、Phenom II、Athlon II 等為主的 AMD K10、AMD K10.5 架構處理器
• Pentium 4、Xeon、Celeron、Celeron D 等為主的 Intel NetBurst 架構的處理器
• Intel Pentium M 與 Celeron M
• Intel Core 架構的處理器，包括 Core Duo、Core Solo 等
• Intel Core 2 架構的處理器，包含 Core 2 Duo、Core 2 Quad、Core 2 Extreme 等
• Intel Core i3、Core i5、Core i7 等
• Intel Atom
• Transmeta（全美達）Efficeon
• VIA（威盛）C7
• VIA Nano

不支援 SSE2 處理器的共同特點

SSE2 是 IA-32 架構的延伸。所以目前所有不支援 IA-32 架構的其他架構一概不支援 SSE2。由於 x86-64 架構的處理器是由 IA-32 延伸出來的，所有 x86-64 架構的處理器也都支援 SSE2 指令集。而有些 CPU 並沒有支援 SSE2，但是有其他的指令集可以提供與 SSE2 相似的功能。

下列的 IA-32 架構的處理器是在 SSE2 發表之後才開發的，但是並不支援 SSE2 指令集：

• 比 Athlon 64 早推出的 AMD 處理器，包含了所有使用 Socket A 插槽的處理器。
• 比 Pentium 4 早推出的 Intel 處理器
• VIA 的 C3 處理器
• Transmeta Crusoe 處理器

參見

SSE SSE3 SSSE3 SSE4

SIMD 3DNow! Professional x86 指令列表