AVX 和 Floating Point 之间有啥关系，为啥 AVX 用于 FP 计算？

Posted 2023-02-16

【中文标题】AVX 和 Floating Point 之间有啥关系，为啥 AVX 用于 FP 计算？

【英文标题】：What is the relation between AVX and Floating Point, and why is AVX used for FP calculations?AVX 和 Floating Point 之间有什么关系，为什么 AVX 用于 FP 计算？

【发布时间】：2019-03-07 14:58:14

【问题描述】：

我最近在研究 FP 和 AVX，在 Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Vector_Extensions#Applications) 上我读到 AVX 用于 FP 计算。我不明白为什么并行环境 FP 是进程。此外https://forums.aida64.com/topic/1629-real-world-benefit-of-fpu-test/ 在此表单中 AIDA 管理员告诉 FPU 使用 AVX 等。

【问题讨论】：

也许在阅读 AVX 之前开始阅读 SIMD。然后询问有关您要解决的具体问题的问题。照原样，我认为这个问题有点宽泛......

相关：***.com/questions/3206101/…

【参考方案1】：

我只是想知道天气 AVX 有助于单个 FP 操作，例如将简单的 3.5 添加到 1.5。

是的，AVX 对标量数学也很有用，因为它为您提供了 3 操作数非破坏性运算。例如

vaddsd xmm1, xmm0, [b]

将3.5 + 1.5结果放入xmm1而不破坏xmm0中的值，不像

addsd xmm0, [b]

如果您告诉编译器允许他们这样做，编译器会使用 AVX 而不是 SSE。 （gcc -march=haswell 或 gcc -march=znver1，或其他。）

【讨论】：

感谢这消除了我的困惑，但也提出了很多问题，例如 FP 计算是如何完成的>

@HuzamaAhmad：与 SSE/SSE2 addsd 的方式基本相同，但使用更灵活的编码来告诉 CPU 如何将数据从寄存器/内存发送到 FP ALU 并返回注册。我不明白这个问题。您是在问如何构建 FP 乘法器？诸如将尾数相乘、指数相加并归一化。

我的问题是 FP ALU 是如何内置在硬件中的（链接到任何有用的网站都会有所帮助），如果我不清楚我问的是单个 FP no 是否有符号位、指数和这三个有效位分别由三个时钟周期添加，使用 AVX 我们可以使用单周期提升性能添加它。这是我的理解。我想确认一下。

@HuzamaAhmad：硬件 FP 比软件模拟 FP 快，但 AVX 并不是使用 FPU 的唯一方法。还有 SSE2 addsd 和 x87 fadd。不过，在这里谈论“时钟周期”是完全错误的。例如，在 Skylake 上，[v]addsd 有 4 个周期延迟和 2 个时钟吞吐量。有 2 个 FP mul/add/fma 256 位宽的流水线，每个流水线都是完全流水线的，以在每个时钟周期接受一个新的输入。有关吞吐量与延迟的更多信息，请参阅Why does mulss take only 3 cycles on Haswell, different from Agner's instruction tables?。

使用 addsd 仅使用 SIMD FPU 的低元素。有趣的事实：Skylake 上的fadd 80 位浮点使用单独的硬件，在端口 5 上而不是端口 0/端口 1 上，具有 3 个周期的延迟。但是无论如何，是的，当然，硬件 FPU 可以同时在所有字段上运行，但特别是对于 add，它们无论如何都不能“单独完成”。并且 FPU 具有单周期吞吐量，但每个操作需要多个周期，因为它比整数加法更复杂，需要对结果进行归一化等。

【参考方案2】：

AVX 是对 CPU 的SIMD 扩展，它提供了在一条指令中处理 8 x 单精度或 4 x 双精度操作的能力。因此，对于您正在同质处理数据数组的应用程序，与使用单个（标量）FPU 相比，使用 AVX 可以将吞吐量提高 4 倍或 8 倍。

另见：FMA

【讨论】：

谢谢，我知道 SIMD，我确切地知道你所说的，但我在上下文中感到困惑，因为天气 AVX 用于解决单个 FP 号码，因为我在互联网上读到了一些东西，如果是的话如何。

@HuzamaAhmad：你的问题不是很清楚-请举一个你不明白的具体例子，否则回答太模糊了。

我只是想知道天气 AVX 有助于单个 FP 操作，例如将简单的 3.5 添加到 1.5。

@HuzamaAhmad 所以你真的想知道为什么现在的编译器使用 SSE/AVX 单元而不是 x87-FPU（即使是标量数学）？

@chtz 是的，在什么场景下它使用 avx 以及在什么 sse 中也是如此