SSE4 — набор команд микроархитектуры Intel Core , впервые реализованный в процессорах серии Penryn (не следует путать с SSE4A от AMD) .

Он был анонсирован 27 сентября 2006 года , однако детальное описание стало доступно только весной 2007 года . Более подробное описание новых возможностей процессоров для программистов можно найти

Набор команд

SSE4 состоит из 54 инструкций, 47 из них относят к SSE4.1 (они есть в процессорах Penryn). Полный набор команд (SSE4.1 и SSE4.2, то есть 47 + оставшиеся 7 команд) доступен в процессорах Intel с микроархитектурой Nehalem, которые были выпущены в середине ноября 2008 года и более поздних редакциях. Ни одна из SSE4 инструкций не работает с 64-битными mmx регистрами (только со 128-битными xmm0-15).

Компилятор языка Си от Intel начиная с версии 10 генерирует инструкции SSE4 при задании опции -QxS . Компилятор Sun Studio от Sun Microsystems с версии 12 update 1 генерирует инструкции SSE4 с помощью опций -xarch=sse4_1 (SSE4.1) и -xarch=sse4_2 (SSE4.2) . Компилятор GCC поддерживает SSE4.1 и SSE4.2 с версии 4.3 , опции -msse4.1 и -msse4.2 , или -msse4 , включающая оба варианта.

Изменения

Добавлены инструкции, ускоряющие в видеокодеках , быстрое памяти, множество инструкций для упрощения векторизации программ компиляторами.

Кроме того, в SSE4.2 добавлены инструкции обработки строк 8/16-битных символов, вычисления CRC32, POPCNT . Впервые в SSE4 регистр xmm0 стал использоваться как неявный аргумент для некоторых инструкций.

Новые инструкции SSE4.1

Ускорение видео

• MPSADBW xmm1, xmm2/m128, imm8 — (Multiple Packed Sums of Absolute Difference)
  • Input — { A ₀ , A ₁ ,… A ₁₄ }, { B ₀ , B ₁ ,… B ₁₅ }, Shiftmode
  • Output — { SAD ₀ , SAD ₁ , SAD ₂ ,… SAD ₇ }

Вычисление восьми сумм абсолютных значений разностей (SAD) смещённых 4-байтных беззнаковых групп. Расположение операндов для 16-битных SAD определяется тремя битами непосредственного аргумента imm8.

s1 = imm8[2]*4
s2 = imm8[1:0]*4
SAD0 = |A(s1+0)-B(s2+0)| + |A(s1+1)-B(s2+1)| + |A(s1+2)-B(s2+2)| + |A(s1+3)-B(s2+3)|
SAD1 = |A(s1+1)-B(s2+0)| + |A(s1+2)-B(s2+1)| + |A(s1+3)-B(s2+2)| + |A(s1+4)-B(s2+3)|
SAD2 = |A(s1+2)-B(s2+0)| + |A(s1+3)-B(s2+1)| + |A(s1+4)-B(s2+2)| + |A(s1+5)-B(s2+3)|
...
SAD7 = |A(s1+7)-B(s2+0)| + |A(s1+8)-B(s2+1)| + |A(s1+9)-B(s2+2)| + |A(s1+10)-B(s2+3)|

• PHMINPOSUW xmm1, xmm2/m128 — (Packed Horizontal Word Minimum)
  • Input — { A ₀ , A ₁ ,… A ₇ }
  • Output — { MinVal, MinPos, 0, 0… }

Поиск среди 16-битных беззнаковых полей A ₀ …A ₇ такого, который имеет минимальное значение (и позицию с меньшим номером, если таких полей несколько). Возвращается 16-битное значение и его позиция.

• PMOV{SX,ZX}{B,W,D} xmm1, xmm2/m{64,32,16} — (Packed Move with Sign/Zero Extend)

Группа из 12-и инструкций для расширения формата упакованных полей. Упакованные 8, 16, или 32-битные поля из младшей части аргумента расширяются (со знаком или без) в 16, 32 или 64-битные поля результата.

Входной формат			Результирующий формат
8 бит	16 бит	32 бита
PMOVSXBW			16 бит
PMOVZXBW	PMOVZXWW
PMOVSXBD	PMOVSXWD		32 бита
PMOVZXBD	PMOVZXWD	PMOVSXDD
PMOVSXBQ	PMOVSXWQ	PMOVSXDQ	64 бита
PMOVZXBQ	PMOVZXWQ	PMOVZXDQ

Векторные примитивы

• P{MIN,MAX}{SB,UW,SD,UD} xmm1, xmm2/m128 — (Minimum/Maximum of Packed Signed/Unsigned Byte/Word/DWord Integers)

Каждое поле результата есть минимальное/максимальное значение соответствующих полей двух аргументов. Байтовые поля рассматриваются только как числа со знаком, 16-битные — только как числа без знака. Для 32-битных упакованных полей предусмотрен вариант как со знаком, так и без.

• PMULDQ xmm1, xmm2/m128 — (Multiply Packed Signed Dword Integers)
  • Input — { A ₀ , A ₁ , A ₂ , A ₃ }, { B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ }
  • Output — { A ₀ *B ₀ , A ₂ *B ₂ }

Перемножение 32-битных полей со знаком с выдачей полных 64 бит результата (две операции умножения над 0 и 2 полями аргументов).

• PMULLD xmm1, xmm2/m128 — (Multiply Packed Signed Dword Integers and Store Low Result)
  • Input — { A ₀ , A ₁ , A ₂ , A ₃ }, { B ₀ , B ₁ , B ₂ , B ₃ }
  • Output — { low32(A ₀ *B ₀ ), low32(A ₁ *B ₁ ), low32(A ₂ *B ₂ ), low32(A ₃ *B ₃ ) }

Перемножение 32-битных полей со знаком с выдачей младших 32 бит результатов (четыре операции умножения над всеми полями аргументов).

• PACKUSDW xmm1, xmm2/m128 — (Pack with Unsigned Saturation)

Упаковка 32-битных полей со знаком в 16-битные поля без знака с насыщением.

• PCMPEQQ xmm1, xmm2/m128 — (Compare Packed Qword Data for Equal)

Проверка 64-битных полей на равенство и выдача 64-битных масок.

Вставки/извлечения

• INSERTPS xmm1, xmm2/m32, imm8 — (Insert Packed Single Precision Floating-Point Value)

Вставка 32-битного поля из xmm2 (возможно выбрать любой из 4 полей этого регистра) или из 32-битной ячейки памяти в произвольное поле результата. Кроме того, для каждого из полей результата можно задать сброс его в +0.0.

• EXTRACTPS r/m32, xmm, imm8 — (Extract Packed Single Precision Floating-Point Value)

Извлечение 32-битного поля из xmm регистра, номер поля указывается в младших 2 битах imm8. Если в качестве результата указан 64-битный регистр, то его старшие 32 бита сбрасываются (расширение без знака).

• PINSR{B,D,Q} xmm, r/m*, imm8 — (Insert Byte/Dword/Qword)

Вставка 8, 32, или 64-битного значения в указанное поле xmm регистра (остальные поля не изменяются).

• PEXTR{B,W,D,Q} r/m*, xmm, imm8 — (Extract Byte/Word/Dword/Qword)

Извлечение 8, 16, 32, 64-битного поля из указанного в imm8 поля xmm регистра. Если в качестве результата указан регистр, то его старшая часть сбрасывается (расширение без знака).

Скалярное умножение векторов

• DPPS xmm1, xmm2/m128, imm8 — (Dot Product of Packed Single Precision Floating-Point Values)
• DPPD xmm1, xmm2/m128, imm8 — (Dot Product of Packed Double Precision Floating-Point Values)

Скалярное умножение векторов (dot product) 32/64-битных полей. Посредством битовой маски в imm8 указывается, какие произведения полей должны суммироваться и что следует прописать в каждое поле результата: сумму указанных произведений или +0.0.

Смешивания

• BLENDV{PS,PD} xmm1, xmm2/m128, <xmm0> — (Variable Blend Packed Single/Double Precision Floating-Point Values)

Выбор каждого 32/64-битного поля результата осуществляется в зависимости от знака такого же поля в неявном аргументе xmm0: либо из первого, либо из второго аргумента.

• BLEND{PS,PD} xmm1, xmm2/m128, imm8 — (Blend Packed Single/Double Precision Floating-Point Values)

Битовая маска (4 или 2 бита) в imm8 указывает из какого аргумента следует взять каждое 32/64-битное поле результата.

• PBLENDVB xmm1, xmm2/m128, <xmm0> — (Variable Blend Packed Bytes)

Выбор каждого байтового поля результата осуществляется в зависимости от знака байта такого же поля в неявном аргументе xmm0: либо из первого, либо из второго аргумента.

• PBLENDW xmm1, xmm2/m128, imm8 — (Blend Packed Words)

Битовая маска (8 бит) в imm8 указывает из какого аргумента следует взять каждое 16-битное поле результата.

Проверки бит

• PTEST xmm1, xmm2/m128 — (Logical Compare)

Установить флаг , если только в xmm2/m128 все биты помеченные маской из xmm1 равны нулю. Если все не помеченные биты равны нулю, то установить флаг CF . Остальные флаги ( , OF , , ) всегда сбрасываются. Инструкция не модифицирует xmm1.

Округления

• ROUND{PS, PD} xmm1, xmm2/m128, imm8 — (Round Packed Single/Double Precision Floating-Point Values)

Округление всех 32/64-битных полей. Режим округления (4 варианта) выбирается либо из MXCSR.RC, либо задаётся непосредственно в imm8. Также можно подавить генерацию исключения потери точности.

• ROUND{SS, SD} xmm1, xmm2/m128, imm8 — (Round Scalar Single/Double Precision Floating-Point Values)

Округление только младшего 32/64-битного поля (остальные биты остаются неизменными).

Чтение WC памяти

• MOVNTDQA xmm1, m128 — (Load Double Quadword Non-Temporal Aligned Hint)

Операция чтения, позволяющая ускорить работу с областями памяти.

Новые инструкции SSE4.2

Обработка строк

Эти инструкции выполняют арифметические сравнения между всеми возможными парами полей (64 или 256 сравнений) из обеих строк, заданных содержимым xmm1 и xmm2/m128. Затем булевые результаты сравнений обрабатываются для получения нужных результатов. Непосредственный аргумент imm8 управляет размером (байтовые или unicode строки, до 16/8 элементов каждая), знаковостью полей (элементов строк), типом сравнения и интерпретацией результатов.

Ими можно производить в строке (области памяти) поиск символов из заданного набора или в заданных диапазонах. Можно сравнивать строки (области памяти) или производить поиск подстрок.

Все они оказывают влияние на флаги процессора: SF устанавливается если в xmm1 не полная строка, ZF — если в xmm2/m128 не полная строка, CF — если результат не нулевой, OF — если младший бит результата не нулевой. Флаги AF и PF сбрасываются.

• PCMPESTRI <ecx>, xmm1, xmm2/m128, <eax>, <edx>, imm8 — ()

Явное задание размера строк в <eax>, <edx> (берётся абсолютная величина регистров с насыщение до 8/16, в зависимости от размера элементов строк. Результат в регистре ecx.

• PCMPESTRM <xmm0>, xmm1, xmm2/m128, <eax>, <edx>, imm8 — ()

Явное задание размера строк в <eax>, <edx> (берётся абсолютная величина регистров с насыщение до 8/16, в зависимости от размера элементов строк. Результат в регистре xmm0.

• PCMPISTRI <ecx>, xmm1, xmm2/m128, imm8 — ()

Неявное задание размера строк (производится поиск нулевых элементов к каждой из строк). Результат в регистре ecx.

• PCMPISTRM <xmm0>, xmm1, xmm2/m128, imm8 — ()

Неявное задание размера строк (производится поиск нулевых элементов к каждой из строк). Результат в регистре xmm0.

Подсчет CRC32

• CRC32 r32, r/m* — (Подсчет CRC32)

Накопление значения CRC-32C (другие обозначения ) для 8, 16, 32 или 64-битного аргумента (используется полином ).

Подсчет популяции единичных битов

• POPCNT r, r/m* — (Return the Count of Number of Bits Set to 1)

Подсчет числа единичных битов. Три варианта инструкции: для 16, 32 и 64-битных регистров. Также присутствует в SSE4A от AMD.

Векторные примитивы

• PCMPGTQ xmm1, xmm2/m128 — (Compare Packed Qword Data for Greater Than)

Проверка 64-битных полей на «больше чем» и выдача 64-битных масок.

SSE4a

Набор инструкций SSE4a был введен компанией AMD в процессоры на архитектуре Barcelona . Это расширение не доступно в процессорах Intel. Поддержка определяется через CPUID.80000001H:ECX.SSE4A[Bit 6] флаг.

Инструкция	Описание
LZCNT/POPCNT	Подсчет числа нулевых/единичных битов.
EXTRQ/INSERTQ	Комбинированные инструкции маскирования и сдвига
MOVNTSD/MOVNTSS	Скалярные инструкции потоковой записи

Процессоры с поддержкой SSE4

• Intel
  • Penryn ( SSE4.1 )
  • Nehalem и более поздние ( SSE4.1 , SSE4.2 )
• AMD
  • AMD А10, А8 и А6 (SSE4.1,SSE4.2,SSE4A)
  • Bulldozer ( SSE4a , SSE4.1 , SSE4.2 )
  • Zen ( SSE4a , SSE4.1 , SSE4.2 )
• VIA
  • VIA Nano ( SSE4.1 )

Литература

• FAQ: (рус.)
• iXBT.com 28 Сентября, 2006
• iXBT.com 29 Марта, 2007 (первое упоминание о )

Примечания