進(jìn)行SIMD多媒體擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，源于一個(gè)很容易觀察到的事實(shí)：

許多多媒體應(yīng)用程序操作的數(shù)據(jù)類型比對(duì)32位處理器進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化的數(shù)據(jù)類型更窄一些。

圖像三基色，都是8位。音頻采樣也都是8位和16位來(lái)表示。

SIMD的多媒體擴(kuò)展指令與標(biāo)準(zhǔn)的SIMD指令相比，它指定的操作數(shù)更少，因此使用的寄存器堆更小。

SIMD擴(kuò)展主要對(duì)一下三項(xiàng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化：

1)多媒體SIMD擴(kuò)展固定了操作代碼中數(shù)據(jù)操作數(shù)的數(shù)目，從而在x86的體系結(jié)構(gòu)的MMX，SSE，AVX中添加了數(shù)百條指令。

2)多媒體SIMD沒(méi)有提供向量體系結(jié)構(gòu)的更復(fù)雜的尋址模式，也就是步幅訪問(wèn)和集中---分散訪問(wèn)。

3)多媒體SIMD不像向量體系結(jié)構(gòu)那樣，為了支持元素的條件執(zhí)行而提供遮罩寄存器。

做這些擴(kuò)展指令的目的也是加快那些精心編制的庫(kù)函數(shù)的運(yùn)行速度，而不是由編譯器來(lái)生成的這些庫(kù)。

SIMD的優(yōu)點(diǎn)：

1)芯片設(shè)計(jì)相對(duì)向量體系結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，較簡(jiǎn)單，且不需要那么大的存儲(chǔ)器帶寬。

2)可以比較輕松的引入一些符合新媒體標(biāo)準(zhǔn)的指令。

GPU的祖先是圖形加速器，極強(qiáng)的圖形處理能力是GPU得以存在的原因。當(dāng)前GPU的研究熱點(diǎn)是一種簡(jiǎn)化的GPU編程的編程語(yǔ)言。

GPU幾乎擁有所有可以由編程環(huán)境捕獲的并行類型：多線程，MIMD，SIMD，指令級(jí)并行

NVIDA開發(fā)的是一種類似于C的語(yǔ)言和編程環(huán)境，通過(guò)克服多種并行的挑戰(zhàn)來(lái)提高GPU程序員的生產(chǎn)效率。這一系統(tǒng)稱為CUDA。

將所有的這些并行形式統(tǒng)一為CUDA線程，以這種最低級(jí)的并行作為編程原型。

編譯器和硬件可以將數(shù)以千計(jì)的CUDA線程聚合在一起。CUDA編程模型被定義為"單指令多線程(SIMT)"

執(zhí)行時(shí)，以32個(gè)線程為一組，稱為線程塊，將執(zhí)行整個(gè)線程塊的硬件稱為多線程SIMD處理器。

行執(zhí)行和線程管理由GPU硬件負(fù)責(zé)，而不是由應(yīng)用程序或操作系統(tǒng)完成，不同的線程塊之間可以使用全局存儲(chǔ)的原子操作來(lái)進(jìn)行協(xié)調(diào)，

但是它們之間不能直接通信。

和很多并行系統(tǒng)一樣，CUDA在生產(chǎn)效率和性能之間進(jìn)行了一點(diǎn)折中，提供了一些本身固有的功能，讓程序員能夠顯示控制硬件。

了解編程語(yǔ)言可以平衡生產(chǎn)效率和性能之間的關(guān)系。

AMD推出的與供應(yīng)商無(wú)關(guān)的語(yǔ)言，OpenCL。

以NVIDIA系統(tǒng)為例，GPU可以很好的解決數(shù)據(jù)級(jí)并行的問(wèn)題，也擁有著集中---分散數(shù)據(jù)傳送和遮罩寄存器，但是GPU的寄存器要比

向量處理器更多。有一些功能，GPU通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，在向量體系結(jié)構(gòu)中通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

網(wǎng)格是在GPU上運(yùn)行，由一組線程塊構(gòu)成的代碼。例如我們希望兩個(gè)向量乘在一起，每個(gè)向量長(zhǎng)度為8192個(gè)元素。執(zhí)行所有8192個(gè)

元素乘法的GPU代碼稱為網(wǎng)格(向量化循環(huán))

為了便于管理，網(wǎng)格可以由線程塊(向量化循環(huán)體)組成。每個(gè)線程塊最多512個(gè)元素。一條SIMD指令一次執(zhí)行32個(gè)元素。所以該例子

中，共有16個(gè)線程塊

網(wǎng)格和線程塊是GPU硬件中實(shí)現(xiàn)的編程抽象，可以幫助程序員組織自己的CUDA代碼。

線程塊調(diào)度程序是將線程塊指定給執(zhí)行該代碼的處理器，我們將這種處理器稱為多線程SIMD處理器。

線程塊調(diào)度程序與向量體系結(jié)構(gòu)中的控制處理器類似。決定了該循環(huán)所需要的線程塊數(shù)，以及將他們分配給不同的多線程SIMD處理器。

SIMD多線程處理器與向量處理器類似。但是它的很多功能單元都是深度流水化的。

GPU是一個(gè)由多線程SIMD處理器組成的多處理器，加自己的線程塊調(diào)度程度。

GPU硬件中有兩級(jí)硬件調(diào)度程序：

1) 線程塊調(diào)度程序，將線程塊分配給多線程SIMD處理器

2) SIMD處理器內(nèi)部的SIMD線程調(diào)度程序，調(diào)度何時(shí)運(yùn)行SIMD指令線程

在多線程SIMD處理器中執(zhí)行的指令，由并行功能單元來(lái)執(zhí)行，稱為SIMD車道，每個(gè)SIMD處理器中的車道數(shù)在各代GPU中是不同的。

對(duì)于fermi，每個(gè)寬度為32的SIMD指令線程被映射到16個(gè)物理SIMD車道，所以每條SIMD指令需要兩個(gè)時(shí)鐘周期才能完成。

記分板，可以讓SIMD線程調(diào)度程序，了解哪個(gè)SIMD指令已經(jīng)做好運(yùn)行準(zhǔn)備。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的向量体系结构(2)----SIMD指令集扩展和GPU的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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