Набор инструкций FMA - FMA instruction set

Набор команд FMA является расширением 128- и 256-битных инструкций Streaming SIMD Extensions в наборе команд микропроцессора x86 для выполнения операций слитного умножения-сложения (FMA). Есть два варианта:

• FMA4 поддерживается в процессорах AMD , начиная с архитектуры Bulldozer . FMA4 выполнялась аппаратно до FMA3. Поддержка FMA4 была удалена с Zen 1 .
• FMA3 поддерживается в процессорах AMD, начиная с архитектуры Piledriver, и в процессорах Intel, начиная с процессоров Haswell и Broadwell, с 2014 года.

инструкции

Инструкции FMA3 и FMA4 имеют почти идентичную функциональность, но несовместимы. Обе содержат инструкции объединенного умножения-сложения (FMA) для скалярных операций с плавающей запятой и операций SIMD , но инструкции FMA3 имеют три операнда, а инструкции FMA4 - четыре. Операция FMA имеет вид d = round ( a · b + c ), где функция round выполняет округление, чтобы позволить результату уместиться в регистре назначения, если есть слишком много значащих битов, чтобы поместиться в адрес назначения.

Форма с четырьмя операндами (FMA4) позволяет a , b , c и d быть четырьмя разными регистрами, тогда как форма с тремя операндами (FMA3) требует, чтобы d был тем же регистром, что и a , b или c . Форма с тремя операндами делает код короче, а аппаратную реализацию немного проще, в то время как форма с четырьмя операндами обеспечивает большую гибкость программирования.

См. Набор инструкций XOP для более подробного обсуждения вопросов совместимости между Intel и AMD.

Набор инструкций FMA3

Процессоры с FMA3

• AMD
  • Piledriver (2012) и более новые микроархитектуры
    • ВСУ 2-го поколения, "Тринити" (32-нм) , 15 мая 2012 г.
    • "Bulldozer" 2-го поколения (bdver2) с ядрами Piledriver , 23 октября 2012 г.
• Intel
  • Haswell (2013 г.) и более новые процессоры, кроме Pentiums и Celeron

Отрывок из FMA3

Поддерживаемые команды включают

Примечание

• VF N M ADD является   result = − a · b + c, не   result = − (a · b + c).
• VF N M SUB генерирует -0 для всех входов, равных нулю.

Явный порядок операндов включен в мнемонику с использованием чисел «132», «213» и «231»:

а также формат операнда (упакованный или скалярный) и размер (одинарный или двойной).

Это приводит к

Набор инструкций FMA4

Процессоры с FMA4

• AMD
  • Переработчики "тяжелого оборудования"
    • Процессоры на базе бульдозеров , 12 октября 2011 г.
    • Процессоры на базе Piledriver
    • Процессоры на базе Steamroller
    • Процессоры на базе экскаваторов (включая "v2")
  • Дзен : Тестирование WikiChip показывает, что FMA4 все еще работает (в условиях тестов), несмотря на то, что официально не поддерживается и даже не сообщается CPUID. Это также подтвердил Агнер. Но другие тесты дали неверные результаты. Официальный веб-сайт AMD Примечание о поддержке FMA4 ЦП ZEN = AMD ThreadRipper 1900x, R7 Pro 1800, 1700, R5 Pro 1600, 1500, R3 Pro 1300, 1200, R3 2200G, R5 2400G.
• Intel
  • Intel не выпускала процессоры с поддержкой FMA4.

Отрывок из FMA4

История

Несовместимость между Intel FMA3 и AMD FMA4 связана с тем, что обе компании меняют планы без согласования деталей кодирования друг с другом. AMD изменила свои планы с FMA3 на FMA4, в то время как Intel изменила свои планы с FMA4 на FMA3 почти одновременно. Историю можно резюмировать следующим образом:

• Август 2007: AMD анонсирует набор инструкций SSE5 , который включает инструкции FMA с 3 операндами. Введена новая схема кодирования (DREX), позволяющая инструкциям иметь три операнда.
• Апрель 2008: Intel объявляет о своих наборах инструкций AVX и FMA, включая инструкции FMA с 4 операндами. При кодировании этих инструкций используется новая схема кодирования VEX , которая более гибкая, чем схема AMD DREX.
• Декабрь 2008: Intel изменяет спецификацию своих инструкций FMA с 4-х операндов на 3-операндные. Схема кодирования VEX все еще используется.
• Май 2009: AMD изменяет спецификацию своих инструкций FMA с 3-операндной формы DREX на 4-операндную форму VEX, совместимую со спецификацией Intel от апреля 2008 г., а не со спецификацией Intel от декабря 2008 г.
• Октябрь 2011 г .: процессор AMD Bulldozer поддерживает FMA4.
• Январь 2012 г .: AMD объявляет о поддержке FMA3 в будущих процессорах под кодовыми именами Trinity и Vishera ; они основаны на архитектуре Piledriver.
• Май 2012: процессор AMD Piledriver поддерживает как FMA3, так и FMA4.
• Июнь 2013 г .: процессор Intel Haswell поддерживает FMA3.
• Февраль 2017 г. Первое поколение процессоров AMD Ryzen официально поддерживает FMA3, но не FMA4 согласно инструкции CPUID . Была путаница относительно того, был ли FMA4 реализован на этом процессоре или нет из-за ошибок в начальном патче к пакету GNU Binutils , который с тех пор был исправлен. Хотя инструкции FMA4, по-видимому, работают согласно некоторым тестам, они также могут давать неверные результаты. Кроме того, начальные процессоры Ryzen могли выйти из строя из-за определенной последовательности инструкций FMA3. С тех пор это было решено обновленным микрокодом ЦП.

Поддержка компилятора и ассемблера

Различные компиляторы предоставляют разные уровни поддержки FMA:

• GCC поддерживает FMA4 с -mfma4 с версии 4.5.0 и FMA3 с -mfma с версии 4.7.0.
• Microsoft Visual C ++ 2010 SP1 поддерживает инструкции FMA4.
• Microsoft Visual C ++ 2012 поддерживает инструкции FMA3 (если процессор также поддерживает расширение набора инструкций AVX2).
• Microsoft Visual C ++ с VC 2013
• PathScale поддерживает FMA4 с -mfma.
• LLVM 3.1 добавляет поддержку FMA4 наряду с предварительной поддержкой FMA3.
• Open64 5.0 добавляет «ограниченную поддержку».
• Компиляторы Intel поддерживают только инструкции FMA3.
• NASM поддерживает инструкции FMA3 с версии 2.03 и инструкции FMA4 с 2.06.
• Yasm поддерживает инструкции FMA3, начиная с версии 0.8.0, и инструкции FMA4, начиная с версии 1.0.0.
• FASM поддерживает инструкции FMA3 и FMA4.

использованная литература