Question

当我可以使用SSE3或AVX时，可以使用SSE2或MMX等较旧的SSE版本 -
或者我还需要单独检查它们吗？

Answer 1

一般来说，这些都是附加的，但请记住，多年来英特尔和AMD对这些产品的支持存在差异。

如果你有AVX，那么你也可以假设SSE，SSE2，SSE3，SSSE3，SSE4.1和SSE 4.2。请记住，要使用AVX，您还需要验证OSXSAVE CPUID位是否设置为确保您使用的OS实际上也支持保存AVX寄存器。

您仍然应该明确检查您在代码中使用的所有CPUID支持的稳健性（例如同时检查AVX，OSXSAVE，SSE4，SSE3，SSSE3以保护您的AVX代码路径）。

#include <intrin.h>

inline bool IsAVXSupported()
{
#if defined(_M_IX86 ) || defined(_M_X64)
   int CPUInfo[4] = {-1};
   __cpuid( CPUInfo, 0 );

   if ( CPUInfo[0] < 1  )
       return false;

    __cpuid(CPUInfo, 1 );

    int ecx = 0x10000000 // AVX
              | 0x8000000 // OSXSAVE
              | 0x100000 // SSE 4.2
              | 0x80000 // SSE 4.1
              | 0x200 // SSSE3
              | 0x1; // SSE3

    if ( ( CPUInfo[2] & ecx ) != ecx )
        return false;

    return true;
#else
    return false;
#endif
}

所有能够支持x64本机的处理器都需要SSE和SSE2，因此它们是所有代码的良好基线假设。即使对于x86体系结构，Windows 8.0，Windows 8.1和Windows 10也明确要求SSE和SSE2支持，因此这些指令集非常普遍。换句话说，如果您检查SSE或SSE2失败，只需退出应用程序并发生致命错误。

#include <windows.h>

inline bool IsSSESupported()
{
#if defined(_M_IX86 ) || defined(_M_X64)
   return ( IsProcessorFeaturePresent( PF_XMMI_INSTRUCTIONS_AVAILABLE ) != 0 && IsProcessorFeaturePresent( PF_XMMI64_INSTRUCTIONS_AVAILABLE ) != 0 );
#else
    return false;
#endif
}

-OR -

#include <intrin.h>

inline bool IsSSESupported()
{
#if defined(_M_IX86 ) || defined(_M_X64)
   int CPUInfo[4] = {-1};
   __cpuid( CPUInfo, 0 );

   if ( CPUInfo[0] < 1  )
       return false;

    __cpuid(CPUInfo, 1 );

    int edx = 0x4000000 // SSE2
              | 0x2000000; // SSE

    if ( ( CPUInfo[3] & edx ) != edx )
        return false;

    return true;
#else
    return false;
#endif
}

另外，请记住，MMX，x87 FPU和AMD 3DNow! *都是x64本机的已弃用指令集，因此您不应该在较新的代码中主动使用它们。一个好的经验法则是避免使用任何返回__m64或采用__m64数据类型的内在函数。

您可能需要查看此DirectXMath blog series，其中包含许多这些指令集的注释以及相关的处理器支持要求。

注意（*） - 所有AMD 3DNow！除了PREFETCH和PREFETCHW之外，我们已弃用说明。第一代Intel64处理器缺乏对这些指令的支持，但后来被添加，因为它们被认为是核心X64指令集的一部分。 Windows 8.1和Windows 10 x64特别需要PREFETCHW，尽管测试有点奇怪。 Broadwell之前的大多数英特尔CPU事实上都没有通过CPUID报告对PREFETCHW的支持，但他们将操作码视为无操作，而不是抛出非法指令＆＃39;例外。因此，这里的测试是（a）它是否受CPUID支持，（b）如果没有，PREFETCHW至少不会抛出异常。

这是Visual Studio的一些测试代码，用于演示PREFETCHW测试以及x86和x64平台的许多其他CPUID位。

#include <intrin.h>
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include <excpt.h>

void main()
{
   unsigned int x = _mm_getcsr();
   printf("%08X\n", x );

   bool prefetchw = false;

   // See http://msdn.microsoft.com/en-us/library/hskdteyh.aspx
   int CPUInfo[4] = {-1};
   __cpuid( CPUInfo, 0 );

   if ( CPUInfo[0] > 0 )
   {
       __cpuid(CPUInfo, 1 );

       // EAX
       {
           int stepping = (CPUInfo[0] & 0xf);
           int basemodel = (CPUInfo[0] >> 4) & 0xf;
           int basefamily = (CPUInfo[0] >> 8) & 0xf;
           int xmodel = (CPUInfo[0] >> 16) & 0xf;
           int xfamily = (CPUInfo[0] >> 20) & 0xff;

           int family = basefamily + xfamily;
           int model = (xmodel << 4) | basemodel;

           printf("Family %02X, Model %02X, Stepping %u\n", family, model, stepping );
       }

       // ECX
       if ( CPUInfo[2] & 0x20000000 ) // bit 29
          printf("F16C\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x10000000 ) // bit 28
          printf("AVX\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x8000000 ) // bit 27
          printf("OSXSAVE\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x400000 ) // bit 22
          printf("MOVBE\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x100000 ) // bit 20
          printf("SSE4.2\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x80000 ) // bit 19
          printf("SSE4.1\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x2000 ) // bit 13
          printf("CMPXCHANG16B\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x1000 ) // bit 12
          printf("FMA3\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x200 ) // bit 9
          printf("SSSE3\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x1 ) // bit 0
          printf("SSE3\n");

       // EDX
       if ( CPUInfo[3] & 0x4000000 ) // bit 26
           printf("SSE2\n");

       if ( CPUInfo[3] & 0x2000000 ) // bit 25
           printf("SSE\n");

       if ( CPUInfo[3] & 0x800000 ) // bit 23
           printf("MMX\n");
   }
   else
       printf("CPU doesn't support Feature Identifiers\n");

   if ( CPUInfo[0] >= 7 )
   {
       __cpuidex(CPUInfo, 7, 0);

       // EBX
       if ( CPUInfo[1] & 0x100 ) // bit 8
         printf("BMI2\n");

       if ( CPUInfo[1] & 0x20 ) // bit 5
         printf("AVX2\n");

       if ( CPUInfo[1] & 0x8 ) // bit 3
         printf("BMI\n");
   }
   else
       printf("CPU doesn't support Structured Extended Feature Flags\n");

   // Extended features
   __cpuid( CPUInfo, 0x80000000 );

   if ( CPUInfo[0] > 0x80000000 )
   {
       __cpuid(CPUInfo, 0x80000001 );

       // ECX
       if ( CPUInfo[2] & 0x10000 ) // bit 16
           printf("FMA4\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x800 ) // bit 11
           printf("XOP\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x100 ) // bit 8
       {
           printf("PREFETCHW\n");
           prefetchw = true;
       }

       if ( CPUInfo[2] & 0x80 ) // bit 7
           printf("Misalign SSE\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x40 ) // bit 6
           printf("SSE4A\n");

       if ( CPUInfo[2] & 0x1 ) // bit 0
           printf("LAHF/SAHF\n");

       // EDX
       if ( CPUInfo[3] & 0x80000000 ) // bit 31
           printf("3DNow!\n");

       if ( CPUInfo[3] & 0x40000000 ) // bit 30
           printf("3DNowExt!\n");

       if ( CPUInfo[3] & 0x20000000 ) // bit 29
           printf("x64\n");

       if ( CPUInfo[3] & 0x100000 ) // bit 20
           printf("NX\n");
   }
   else
       printf("CPU doesn't support Extended Feature Identifiers\n");

   if ( !prefetchw )
   {
       bool illegal = false;

       __try
       {
           static const unsigned int s_data = 0xabcd0123;

           _m_prefetchw(&s_data);
       }
       __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
       {
           illegal = true;
       }

       if (illegal)
       {
           printf("PREFETCHW is an invalid instruction on this processor\n");
       }
   }
}

更新：当然，根本的挑战是如何处理缺乏对AVX支持的系统？虽然指令集很有用，但拥有支持AVX的处理器的最大好处是能够使用/arch:AVX构建开关，它可以全局使用VEX prefix来获得更好的SSE / SSE2代码。。唯一的问题是生成的代码DLL / EXE与缺少AVX支持的系统不兼容。

因此，对于Windows，理想情况下，您应该为非AVX系统构建一个EXE（假设仅使用SSE / SSE2而不是x86代码使用/arch:SSE2;此设置对x64代码是隐式的），不同的EXE为AVX优化（使用/arch:AVX），然后使用CPU检测确定给定系统使用哪个EXE。

幸运的是，使用Xbox One，我们可以随时使用/arch::AVX进行构建，因为它是一个固定的平台......

Answer 2

作为一般规则 - 除非必须，否则不要混合不同代的SSE / AVX。如果这样做，请确保使用vzeroupper或类似的状态清除指令，否则您可能会拖动部分值并在不知不觉中创建错误的依赖关系，因为大多数寄存器在模式之间共享即使在清除时，在模式之间切换也可能会导致惩罚，具体取决于精确的微架构。

进一步阅读 - https://software.intel.com/sites/default/files/m/d/4/1/d/8/11MC12_Avoiding_2BAVX-SSE_2BTransition_2BPenalties_2Brh_2Bfinal.pdf

Answer 3

请查看Chuck的回答，以获得有关您应该做什么的良好建议。如果您感到好奇，请参阅此答案以获得所提问题的字面答案。

AVX支持绝对保证支持所有 Intel SSE *指令集，因为它包含所有这些指令集的VEX编码版本。正如Chuck指出的那样，您可以使用位掩码同时检查以前的位掩码，而不会使代码膨胀，但不要惹恼它。

请注意，POPCNT，TZCNT和类似的东西不是SSE的一部分。 POPCNT有自己的功能位。 LZCNT也有自己的功能，因为AMD将它与BMI1分开引入。不过，TZCNT只是BMI1的一部分。由于一些BMI1指令使用VEX编码，即使是最新一代的Pentium / Celeron CPU（如Skylake Pentium）也没有BMI1。 :(我认为英特尔只是想省略AVX / AVX2，可能是因为他们可以将具有错误的执行单元上层通道的CPU作为Pentiums出售，并且他们通过在解码器中禁用VEX支持来实现这一点。

到目前为止，所有发布的CPU都支持英特尔SSE支持。 SSE4.1意味着SSSE3，SSE3，SSE2和SSE。并且SSE4.2暗示了前面的所有内容。我不确定是否有任何官方x86文档排除了支持SSE4.1但不支持SSSE3的CPU的可能性。（即遗漏PSHUFB，这可能是昂贵的实施。）但在实践中极不可能，因为这会违反很多人的假设。正如我所说，它甚至可能被官方禁止，但我没有仔细检查。

AVX不包括AMD SSE4a或AMD XOP。必须特别检查AMD扩展。另请注意，最新的AMD CPU正在降低XOP支持。（英特尔从来没有采用它，因此大多数人都不会编写代码来利用它，因此对于AMD来说，那些晶体管大多是浪费的。它确实有一些很好的东西，比如2源字节置换，允许一个字节LUT宽度是PSHUFB的两倍，没有AVX2的VPSHUFB ymm的通道内限制。

SSE2是x86-64架构的基线。您不必在64位版本中检查SSE或SSE2支持。我忘了MMX是否也是基线。几乎可以肯定。

SSE指令集包括一些在MMX寄存器上运行的指令。（例如PMAXSW mm1, mm2/m64是SSE的新版本.XMM版本是SSE2的一部分。）即使是支持SSE的32位CPU也需要有MMX寄存器。拥有MMX寄存器但仅支持使用它们的SSE指令，而不是原始的MMX指令（例如movq mm0, [mem]），这将是疯狂的。但是，我还没有找到任何确定性，排除基于x86的Deathstation 9000与SSE但不是MMX CPUID功能位的可能性，但我没有涉及到英特尔的官方x86手册。（有关链接，请参阅x86标记wiki。）

无论如何都不要使用MMX，即使在XMM寄存器的低半部分中一次只有64位工作，它通常也会慢一些。最新的CPU（如Intel Skylake）的某些指令的MMX版本的吞吐量低于XMM版本。在某些情况下，延迟甚至更差。例如，根据Agner Fog's testing，PACKSSWB mm0, mm1在Skylake上是3 uops，延迟为2c。 128b和256b XMM / YMM版本为1 uop，延迟为1c。

使用较新版本的SIMD版本是否可用？

3 个答案: