SIMD 微架构

Question

我试图了解向量处理器和 SIMD 架构（如 ARM NEON）之间的区别。我知道这两者之间的向量寄存器长度可配置性存在差异。但是，我不确定他们的微架构有何不同？对于 SIMD 机器，我们是否需要与每条指令操作的元素数量一样多的处理单元？还是像向量处理器一样，处理单元的数量可以少于向量寄存器中数据元素的数量，只需要使用定序器在多个周期内完成一条指令？

谢谢

Answer 1

您可以使用更窄的硬件实现短向量 SIMD（如 NEON 或 x86 SSE），例如，必须将每条指令解码为 2 个内部操作。

英特尔在 Pentium 3 到 Pentium M 上使用 128 位 SSE 向量做到了这一点，而 Pentium 4 和 Core 2 是第一个拥有全宽 SIMD 执行单元的微架构。

但解码不依赖于数据，因此您不需要完整的微码序列器。

Answer 2

向量处理器和SIMD的区别

我不知道你对向量处理器的定义，但wikipedia 说 SIMD 是其中一种。

对于 SIMD 机器，我们是否需要与每条指令操作的元素数量一样多的处理单元？

一些 CPU 将 SIMD 寄存器拆分为多个部分，并独立处理它们。 Intel Pentium III 将 128 位 SSE 操作拆分为 64 位片段，AMD Zen 对 256 位 AVX 指令执行相同操作，将它们拆分为 128 位片段。

需要使用定序器在多个周期内完成一条指令吗？

仅仅因为它们被拆分并不意味着它们按顺序运行。所有现代 CPU，包括 ARM，每个内核都有多个执行单元 (EU)。微操作可以在不同的 EU 上并行运行，但这些 EU 并不相同。既然我提到了 AMD Zen，here’s a link。每个周期内核可以开始执行多达 10 个不同的微操作：4 个整数（都可以进行加法或按位操作，其中 2 个可以乘/除，其中 2 个可以分支），2 个整数加载/存储，4 个 128 位浮点运算（两个可以相加，另外两个可以相乘，两个可以 AES 加密）。它最多可以完成 16 条指令/周期、8 个整数、8 个浮点数。不同的微操作需要不同的周期数才能完成。