SSE
SSE eli Streaming SIMD Extensions (aluksi ISSE, engl. Internet Streaming SIMD Extension [1], myöhemmin engl. Intel Streaming SIMD Extension[2] ) on Intelin SIMD-käskykantalaajennus (Single Instruction, Multiple Data; yksi käsky, paljon dataa) IA-32-käskykantaan. SSE tuli käyttöön vuonna 1999 Pentium III -suorittimessa.
SSE lisää suorittimeen kahdeksan 128-bittistä rekisteriä (XMM0–XMM07) ja 70 kpl n��itä käyttäviä käskyjä. Käskykannasta löytyy mm. käskyjä joilla rekistereille voidaan laskea rinnakkain neljää 32-bittistä liukulukuoperaatiota.
SSE tehostaa erityisesti 3D-grafiikan geometriamuunnosten laskemista. Laajennus tuplasi Pentium III:n liukulukusuorituskyvyn lisäten suorittimen ytimen pinta-alaa vain kymmenyksellä. Käskykannan avulla Pentium III pystyi reaaliaikaiseen MPEG-1 ja MPEG-2-videon purkuun ja soittamaan DVD-levyjä 30 ruutua sekunnissa siten että aikaa jäi vielä muillekin ohjelmille.[1] Surkuhupaisasti sitä mainostettiin alun perin Internetin käyttöä nopeuttavana laajennuksena, mistä alkuperäinen nimikin tulilähde?.
Koska käskykanta lisäsi suorittimen rekisterien määrää, tulee tämä huomioida tilanteissa, joissa suorittimen tila piti tallettaa, kuten esimerkiksi ohjelmasta toiseen vaihtaessa, joten SSE-käskyjen käyttö vaatii tukea alla olevalta käyttöjärjestelmältä. Jotta ohjelmat eivät voisi yrittää käyttää SSE-käskyjä ilman sitä tukevaa käyttöjärjestelmää, mistä seuraisi ohjelmien virheellistä toimintaa, suorittimeen lisättiin uusi toimintatila. SSE-tietoinen käyttöjärjestelmä asettaa suorittimen tähän toimintatilaan, ja vasta tämän jälkeen SSE-käskyt ovat käytettävissä.
Ensimmäinen SSE-käskykantaa tukenut suoritin oli Intelin Pentium III, joka julkaistiin alkuvuodesta 1999. AMD oli vajaata vuotta aikaisemmin julkaissut oman 3DNow!-käskykantansa K6-2-suorittimen myötä. 3DNow! puolestaan oli "oikein tehty" korvaaja Intelin alkuperäiselle MMX-käskylaajennukselle, joka ei osannut käsitellä kuin kokonaislukuja, ja sitä käytettäessä esti suorittimen liukulukumatematiikan käytön. SSE ja 3DNow! olivat keskenään kilpailevia käskykantalaajennoksia, ja ajan myötä SSE vei voiton mm. Intelin suuremman markkina-aseman ja paremman kääntäjätuen ansiosta, ja nykyisin ohjelmat optimoidaan tyypillisesti käyttämään SSE-käskyjä mutta ei 3DNow!-käskyjä. AMD otti SSE-käskykannan käyttöön Athlon XP-suorittimessaan vuonna 2001. SSE-käskykantaa on myöhemmin laajennettu SSE2-käskyillä.
SSE:n kehitysversiot
muokkaa- SSE2 tuli käyttöön Pentium 4:ssa. Se lisäsi 144 uutta käskyä, tuen kaksoistarkkuuden (64-bitin) liukuluvuille, sekä kokonaislukuoperaatiot, jotka käyttävät SSE-rekistereitä. Näin se korvasi täysin epäonnistuneen MMX:n, sekä koko Intel 8087:n liukukäskykannan.
- SSE3 eli Prescott New Instructions on SSE2:n edelleen kehitetty versio, joka lisäsi muutamia signaalinkäsittelyyn (jatkuvaan datavirtaan) suuntautuneita käskyjä ja säikeidenhallintaa.
- SSSE3 on pieni Core Microarchitecturen (2006) laajennus SSE3:een, joka lisäsi 16 käskyä sanan tavujen permutointiin, 16-bittisten kiinteän pilkun lukujen kertomiseen oikein toimivalla pyöristyksellä.
- SSE4 on suuri muutos, joka esiteltiin syyskuussa 2006 ja otettiin käyttöön vuonna 2008 julkaistussa "Nehalem"-suorittimessa.
SSE-komentojen käyttö
muokkaaSSE-komentoja voidaan käyttää erikseen assembly-ohjelmilla tai inline komennoilla ylemmän tason kielestä kuten C- tai C++-kielestä.[3]
Triviaali esimerkki kahden vektorin yhteenlaskemisesta SSE-komentoja käyttäen C++-kielisestä ohjelmasta (inline-assembly):
struct vec_t { float v[4]; };
vec_t v1 = {1.1, 1.2, 1.3, 1.4};
vec_t v2 = {1.2, 2.2, 3.2, 4.2};
vec_t vec_res = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0};
__asm
{
movaps xmm0, [v1] ; v1 arvot lähteestä rekisteriin
addps xmm0, [v2] ; v1+v2 (alkioiden summat)
movaps [vec_res], xmm0 ; kopio rekisteristä kohdemuuttujaan
}
Kääntäjien mukana on tyypillisesti intrinsics standardifunktiot suoritinkohtaisten alemman tason operaatioiden käyttämiseen ilman inline-assemblya. Esimerkiksi Microsoftin kääntäjä toteuttaa standardifunktiot, jotka vastaavat suoraan x86-käskykannan laajennuksia.[4] Samoin tekevät myös mm. Intelin C/C++ kääntäjä ja GCC.[5]
Suoritin odottaa, että muuttujat tasataan (engl. align) tiettyyn kokoon, joka SSE-komennoilla tarkoittaa 16-tavuista (128-bittistä) tasausta. Koska float on tyypillisesti neljä tavua tämä tapahtuu automaattisesti neljän muuttujan taulukolla (engl. array). Muuttujatyypille tasaus asetetaan __declspec määrittelyllä seuraavasti:[6]
__declspec(align(16)) struct vec_t { float v[4]; };
Koska kyseessä on käskylaajennus tavalliseen käskykantaan normaalisti tarkistettava että suoritin tukee laajennusta.[7]
Lähteet
muokkaa- ↑ a b The Internet Streaming SIMD Extensions, Intel Technology Journal Q2, 1999, Shreekant (Ticky) Thakkar
- ↑ Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 1: Basic Architecture. Intel, March 2013. Teoksen verkkoversio.
- ↑ Inline Assembler Overview Microsoft. Viitattu 13.3.2017.
- ↑ Compiler Intrinsics Microsoft. Viitattu 16.3.2017.
- ↑ Built-in Functions Specific to Particular Target Machines GNU. Viitattu 16.3.2017.
- ↑ align (C++) Microsoft. Viitattu 13.3.2017.
- ↑ __cpuid, __cpuidex Microsoft. Viitattu 13.3.2017.
Aiheesta muualla
muokkaa- AMD:n käskykantamanuaalit (englanniksi)
- Intelin käskykantamanuaalit (englanniksi)