英特尔AVX指令集简介

英特尔AVX指令集简介

    AVX（Advanced Vector Extensions，高级矢量扩展）指令集借鉴了一些AMD SSE5的设计思路，进行扩展和加强，形成一套新一代的完整SIMD指令集规范。

IDF2010上演示AVX应用

    在今年4月的IDF2010上，英特尔演示了AVX的应用，在两个不同平台上动态跟踪刘翔运行服上的五星红旗，结果显示，支持AVX的系统视频跟踪的用时为14秒，比不支持AVX的系统快了21秒，性能提升了60%以上。

    有兴趣的读者可以点击观看AVX应用主题演讲视频，时间大概在第33分钟左右。

英特尔AVX的新特性

英特尔AVX指令集主要在以下几个方面得到扩充和加强：
  ·支持256位矢量计算，浮点性能最大提升2倍
  ·增强的数据重排，更有效存取数据
  ·支持3操作数和4操作数，在矢量和标量代码中能更好使用寄存器
  ·支持灵活的不对齐内存地址访问
  ·支持灵活的扩展性强的VEX编码方式，可减少代码
 
支持256位矢量计算

    自1999年SSE将矢量处理能力从64位提升到128位后，SSE系列指令都只能使用128位XMM寄存器，这次AVX将所有16个128位XMM寄存器扩充为256位的YMM寄存器，从而支持256位的矢量计算。

128位的XMM寄存器扩展到256位的YMM寄存器

    这意味着可以同时处理8个32bit的浮点或是一个256bit的浮点，在写程序时可以忽略SSE 128bit的限制，直接写入一个可以进行多组操作，能够充分利用256bit数据位宽的代码，理想状态下，浮点性能最高能达到前代的2倍水平。

    当然有时并不是能完全能利用这256位，在大多数情况下，这些寄存器的高128位是设为0或者是“left unchanged”，同时所有的SSE/SSE2/SSE3/SSSE3/SSE4指令是被AVX全面兼容的（AVX不兼容MMX），因此实际操作的是YMM寄存器的低128位，在这一点上与原来的SSE系列指令集无异。

Sandy Bridge最突出的部分

    为了满足指令集带来的改进，Load载入单元也要适应一次载入256Bit的能力，所以增加了一组载入单元完成载入操作，并不是单纯的将带宽扩展一倍。这样可以在一个时钟周期内实现256位的乘、加和Shuffle运算。

    使用新的256位寄存器来提升数据I/O效率，更好的标记、传播载入的数据，动态的改变数据序列，以此来组织、访问和载入运算所需的数据，速度更快效率更高。

AVX增加了很多新的浮点运算指令

    AVX还引入了很多新的浮点运算指令，浮点运算能力加强，不光提升了3D游戏，还可以更有效的支持如复杂的flash显示，更快的SVG（可伸缩矢量图形）支持，更好的HTML5效果等等，相比用GPU计算来讲功耗更小，体积更小，成本也小，对GPU计算是个不大不小的冲击。