什么是打包和解包以及扩展打包数据答案

【问题标题】：What is packed and unpacked and extended packed data什么是打包和解包以及扩展打包数据
【发布时间】：2021-02-12 10:54:39
【问题描述】：

我一直在经历Intel Intrinsics，每个函数都在处理整数、浮点数或双精度数，它们是打包、解包或扩展打包的。

似乎这个问题应该在互联网上的某个地方得到回答，但我根本找不到答案。

那个包装的东西是什么？

【问题讨论】：

正常打包仅意味着您在一个 16 字节向量中有 4 个浮点数，例如 addps xmm0, xmm1。 “解包”不是描述 SIMD 数据格式的正常方式；你能给出一个你看到这个使用的特定上下文吗？ Unpacking 是您可以对数据执行的操作，例如扩展每个元素，或者在 SSE 指令的情况下，从 2 个向量中交错元素。 IDK 为什么将其称为“解包”。
打包为“打包在一个寄存器中”。扩展压缩似乎意味着“扩展以使用压缩整数”。 “解压”是，IDK，可能只使用标量或将寄存器视为一个整体
这就是我所说的unpacking。我想这就像@PeterCordes 的意思。
谢谢你们，我现在明白了。我想你应该回答这个问题，因为我似乎无法在 stackoverflow 上找到所有内容。
@MargaretBloom：我猜“扩展压缩”只是对pmovsxwd 或其他任何东西的误解：“将压缩的 16 位整数符号扩展为压缩的 32 位整数”。扩展是动词，正在执行的操作，不是存储格式描述的一部分。搜索“Extended packed”在该指南中找不到任何匹配项，这很好，因为它听起来毫无意义。

标签： cpu-architecture sse simd avx avx2

【解决方案1】：

嗯，我一直在寻找同一个问题的答案，但也没有成功。所以我只能猜测。

英特尔已经在其 MMX 技术中引入了打包和标量指令。比如他们引入了一个函数

__m64 _mm_add_pi8 (__m64 a, __m64 b)

当时还没有“加长包装”这样的东西。唯一的数据类型是__m64，所有操作都对整数进行。 SSE 出现了 128 位寄存器和浮点数运算。然而，SSE2 包含了对在 128 位寄存器中执行的整数的 MMX 操作的超集。例如，

__m128i _mm_add_epi8 (__m128i a, __m128i b)

这里我们第一次看到函数名的“ep”（扩展打包“）部分。为什么引入它？我相信这是解决名称_mm_add_pi8已经被上面列出的MMX指令。SSE/AVX的接口是C语言，没有函数名的多态性。

对于 AVX，英特尔选择了不同的策略，并开始在开头的“_mm”字母之后添加寄存器长度，c.f.：

__m256i _mm256_add_epi8 (__m256i a, __m256i b)
__m512i _mm512_add_epi8 (__m512i a, __m512i b)

为什么他们在这里选择“ep”而不是“p”是一个谜，与程序员无关。实际上，他们似乎使用“p”对浮点数和双精度数进行操作，使用“ep”对整数进行操作。

__m128d _mm_add_pd (__m128d a, __m128d b); // "d": function operates on doubles
__m256 _mm256_add_ps (__m256 a, __m256 b); // "s": function operates on floats

也许这可以追溯到从 MMX 到 SSE 的过渡，其中引入了“ep”用于整数运算（MMX 不处理浮点数），并试图使 AVX 助记符尽可能接近 SSE 的操作

因此，基本上，从程序员的角度来看，“ep”（“扩展打包”）和“p”（“打包”）之间没有区别，因为我们已经知道我们的目标寄存器长度我们的代码。

至于问题的下一部分，“解包”属于与“标量”和“打包”完全不同的概念类别。这是一个特定数据重新排列或随机播放的通俗术语，例如旋转或移位。

在像_mm256_unpackhi_epi16 这样的内部函数名称中使用“epi”的原因是它是一个真正的向量（不是标量）函数，它是一个16 位整数元素向量的函数。请注意，这里的“unpack”属于函数名称中描述其操作的部分（如 mul、add 或 permute），而“s”/“p”/“ep”（标量、打包、扩展打包）属于描述操作模式的部分（“s”为标量，“p”或“ep”为向量）。

（没有在两个 XMM 寄存器之间操作的标量整数指令，但“si”确实出现在 movd eax, xmm0:_mm_cvtsi128_si32 的内部名称中。有一些类似的内部函数。）

【讨论】：

如果您对问题对“扩展打包”的引用是内在名称是正确的，那么是的，对历史的良好解释，我同意您对英特尔命名选择的结论/猜测。（包括 SSE _ps 和 SSE2 _pd 内在函数没有从任何其他 FP 向量宽度“扩展”的事实。）
@PeterCordes 感谢您的编辑。这么多人自愿提供帮助，我真的很惊讶。