SSE2

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索

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[编辑]

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86-64(Intel64)架構。

x87浮點運算器與SSE2的差別[编辑]

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[编辑]

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[编辑]

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++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[编辑]

不支援SSE2處理器的共同特點[编辑]

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:

  • Athlon64早推出的AMD處理器,包含了所有使用 Socket A 插槽的處理器。
  • Pentium 4早推出的Intel處理器
  • VIA的C3處理器
  • Transmeta Crusoe處理器

參見[编辑]