TW202311986A - 用於融合乘加運算的系統、裝置及方法 - Google Patents

Abstract

用於融合乘加運算的系統、裝置、及方法的實施例。在一些實施例中，解碼器解碼單一指令，該單一指令具有運算碼、表示目的地運算元的目的地欄位、和第一、第二及第三緊縮資料來源運算元的欄位，其中該第一及第二緊縮資料來源運算元的緊縮資料元件具有第一尺寸，其與該第三緊縮資料運算元的緊縮資料元件的第二尺寸不同。執行電路接著執行該經解碼的單一指令，以針對該目的地運算元的每個緊縮資料元件位置，執行來自對應於該第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的該第一及第二緊縮資料來源的M個N尺寸的緊縮資料元件的相乘，將這些相乘的結果加到該第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的全尺寸的緊縮資料元件，並且將該相加結果儲存在對應於該第三緊縮資料來源的該緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置目的地中，其中M等於該全尺寸的緊縮資料元件除以N。

Description

用於融合乘加運算的系統、裝置及方法

本發明之領域一般關於電腦處理器架構，並且，更具體的，關於當被執行時導致特定結果的指令。

線性代數中常見的運算為乘法累加運算(例如，c=c+a*b)。乘法累加通常是運算流中的子運算，例如，兩個向量之間的點積，其也可以是矩陣乘法中行和列的單次乘積。舉例來說，

C=0

針對(I)

C+=A[I]*B[I]

101:來源

103:來源

105:來源

107:目的地

201:表格

203:表格

205:表格

301:融合乘法累加指令

303:儲存器

305:解碼電路

307:暫存器更名、暫存器配置、及/或排程電路

308:暫存器(暫存器檔案)及/或記憶體

309:執行電路

311:引退/寫回電路

501:第一帶正負號的來源

503:第二帶正負號的來源

505:乘法器電路

507:乘法器電路

509:第三帶正負號的來源

511:加法電路

513:加法器

515:帶正負號的目的地

701:第一帶正負號的來源

703:第二帶正負號的來源

705:乘法器電路

707:乘法器電路

709:第三帶正負號的來源

711:加法/飽和電路

715:帶正負號的目的地

901:第一帶正負號的來源

903:第二不帶正負號的來源

905:乘法器電路

907:乘法器電路

909:乘法器電路

911:乘法器電路

912:加法電路

913:加法器

915:第三帶正負號的來源

919:帶正負號的目的地

1101:第一帶正負號的來源

1103:第二不帶正負號的來源

1105:乘法器電路

1107:乘法器電路

1109:乘法器電路

1111:乘法器電路

1113:加法/飽和電路

1115:第三帶正負號的來源

1119:目的地

1300:通用向量友善指令格式

1305:無記憶體存取

1310:無記憶體存取、全捨入控制類型操作

1312:無記憶體存取、寫入遮罩控制、部分捨入控制類型操作

1315:無記憶體存取、資料轉換類型操作

1317:無記憶體存取、寫入遮罩控制、vsize類型操作

1320:記憶體存取

1325:記憶體存取、暫時

1327:記憶體存取、寫入遮罩控制

1330:記憶體存取、非暫時

1340:格式欄位

1342:基底運算欄位

1344:暫存器索引欄位

1346:修飾符欄位

1350:擴充運算欄位

1352:α欄位

1352A:RS欄位

1352A.1:捨入

1352A.2:資料轉換

1352B:驅逐指示欄位

1352B.1:暫時

1352B.2:非暫時

1352C:寫入遮罩控制欄位

1354:β欄位

1354A:捨入控制欄位

1354B:資料轉換欄位

1354C:資料操作欄位

1356:抑制所有浮點數異常(SAE)欄位

1357A:RL欄位

1357A.1:捨入

1357A.2:向量長度(VSIZE)

1357B:廣播欄位

1358:捨入操作控制欄位

1359A:捨入操作欄位

1359B:向量長度欄位

1360:縮放欄位

1362A:位移欄位

1362B:位移因子欄位

1364:資料元件寬度欄位

1368:類別欄位

1368A:類別A

1368B:類別B

1370:寫入遮罩欄位

1372:立即值欄位

1374:完整運算碼欄位

1400:特定向量友善指令格式

1405:REX欄位

1410:REX’欄位

1415:運算碼映射欄位

1420:VVVV欄位

1425:前綴編碼欄位

1430:真實運算碼欄位

1440:MOD R/M欄位

1442:MOD欄位

1444:MODR/M.reg欄位

1446:MODR/M.r/m欄位

1454:xxx欄位

1456:bbb欄位

1500:暫存器架構

1510:向量暫存器

1515:寫入遮罩暫存器

1525:通用暫存器

1545:純量浮點堆疊暫存器檔案(x87堆疊)

1550:MMX緊縮整數平坦暫存器檔案

1600:處理器管線

1602:提取階段

1604:長度解碼階段

1606:解碼階段

1608:分配階段

1610:重新命名階段

1612:排程階段

1614:暫存器讀取/記憶體讀取階段

1616:執行階段

1618:寫回/記憶體寫入階段

1622:例外處理階段

1624:提交階段

1630:前端單元

1632:分支預測單元

1634:指令快取單元

1636:指令轉譯旁看緩衝器(TLB)

1638:指令提取單元

1640:解碼單元

1650:執行引擎單元

1652:重新命名/分配器單元

1654:引退單元

1656:排程器單元

1658:實體暫存器檔案單元

1660:執行叢集

1662:執行單元

1664:記憶體存取單元

1670:記憶體單元

1672:資料TLB單元

1674:資料快取單元

1676:第2階(L2)快取單元

1690:處理器核心

1700:指令解碼器

1702:晶粒上互連網路

1704:第2階(L2)快取的本地子集

1706:第1階(L1)快取

1706A:L1資料快取

1708:純量單元

1710:向量單元

1712:純量暫存器

1714:向量暫存器

1720:重新排列單元

1722A-B:數值轉換單元

1724:複製單元

1726:寫入遮罩暫存器

1728:16倍寬向量ALU

1800:處理器

1802A-N:核心

1804A-N:快取單元

1806:共用快取單元

1808:專用邏輯

1810:系統代理單元

1812:基於環的互連單元

1814:積體記憶體控制器單元

1816:匯流排控制器單元

1900:系統

1910:處理器

1915:處理器

1920:控制器集線器

1940:記憶體

1945:共處理器

1950:輸入/輸出集線器(IOH)

1960:輸入/輸出(I/O)裝置

1990:圖形記憶體控制器集線器(GMCH)

1995:連接

2000:多處理器系統

2014:I/O裝置

2016:第一匯流排

2018:匯流排橋接器

2020:第二匯流排

2022:鍵盤及/或滑鼠

2024:音訊I/O

2027:通訊裝置

2028:儲存單元

2030:指令/碼及資料

2032:記憶體

2034:記憶體

2038:共處理器

2050:點對點互連

2052:P-P介面

2054:P-P介面

2070:處理器

2072:積體記憶體控制器(IMC)單元

2076:點對點(P-P)介面

2078:點對點(P-P)介面

2080:處理器

2082:積體記憶體控制器(IMC)單元

2086:點對點(P-P)介面

2088:點對點(P-P)介面

2090:晶片組

2092:高效能介面

2094:點對點介面電路

2096:介面

2098:點對點介面電路

2100:系統

2114:I/O裝置

2115:傳統I/O裝置

2200:SoC

2202:互連單元

2210:應用處理器

2220:共處理器

2230:靜態隨機存取記憶體(SRAM)單元

2232:直接記憶體存取(DMA)單元

2240:顯示單元

2302:高階語言

2304:x86編譯器

2306:x86二進制碼

2308:替代的指令集編譯器

2310:替代的指令集二進制碼

2312:指令轉換器

2314:不具有至少一個x86指令集核心的處理器

2316:具有至少一個x86指令集核心的處理器

附圖中以示例的方式而非限制的方式來說明本發明，其中相同的參考標號表示相似的元件，並且其 中：

圖1示出依據實施例之使用不同大小的運算元的融合乘法累加指令的示例性執行；

圖2示出依據實施例之2的乘冪大小的SIMD實現，其中累加器使用的輸入尺寸大於乘法器的輸入尺寸；

圖3示出用以處理諸如融合乘法累加指令之指令的硬體的實施例；

圖4示出由處理器執行以處理融合乘法累加指令的方法的實施例；

圖5示出融合乘法累加之執行的子集的實施例；

圖6示出用於在硬體中執行此指令的虛擬碼的實施例；

圖7示出融合乘法累加之執行的子集的實施例；

圖8示出用於在硬體中執行此指令的虛擬碼的實施例；

圖9示出融合乘法累加之執行的子集的實施例；

圖10示出用於在硬體中執行此指令的虛擬碼的實施例；

圖11示出融合乘法累加之執行的子集的實施例；

圖12示出用於在硬體中執行此指令的虛擬碼的實施例；

圖13A是示出依據本發明之實施例的通用向量友善指令格式及其之類別A指令範本的方塊圖；

圖13B是示出依據本發明之實施例的通用向量友善指令格式及其之類別B指令範本的方塊圖；

圖14A是示出依據本發明之實施例的示例性特定向量友善指令格式的方塊圖；

圖14B是示出依據本發明之一個實施例的構成完整運算碼欄位的特定向量友善指令格式的欄位的方塊圖；

圖14C是示出依據本發明之一個實施例的構成暫存器索引欄位的特定向量友善指令格式的欄位的方塊圖；

圖14D是示出依據本發明之一個實施例的構成擴充運算欄位的特定向量友善指令格式的欄位的方塊圖；

圖15是依據本發明之一個實施例的暫存器架構的方塊圖；

圖16A是示出依據本發明之實施例的示例性循序管線及示例性暫存器重新命名、亂序發出/執行管線二者的方塊圖；

圖16B是示出依據本發明之實施例的將被包括在處理器中的循序架構核心之示例性實施例及示例性暫存器重新命名、亂序發出/執行架構核心二者的方塊圖；

圖17A是依據本發明之實施例的單處理器核心、連同其至晶粒上互連網路1702的連接以及其之第2階(L2)快取1704的本地子集；

圖17B是依據本發明之實施例的圖17A中的處理器核心之一部分的擴展視圖；

圖18是依據本發明之實施例的處理器1800的方塊圖，其可具有多於一個的核心、可具有積體記憶體控制器、且可具有積體圖形；

圖19示出依據本發明之一個實施例的系統的方塊圖；

圖20是依據本發明之實施例的第一更具體的示例性系統的方塊圖；

圖21是依據本發明之實施例的第二更具體的示例性系統的方塊圖；

圖22是依據本發明之實施例的SoC的方塊圖；以及

圖23是依據本發明之實施例的對比使用軟體指令轉換器將來源指令集中的二進制指令轉換為目標指令集中的二進制指令的方塊圖。

【發明內容】及【實施方式】

在下面的說明中，闡述了許多具體的細節。然而，應理解的是，可在沒有這些具體細節的情況下實施本發明的實施例。在其他實例下，並未詳細地示出公知的 電路、結構和技術，以免模糊對本說明書的理解。

說明書中對「一個實施例」、「一實施例」、「一示例性實施例」等的提及表示所描述的實施例可包括特定的特徵、結構、或特性，但每個實施例可不必包括該特定的特徵、結構、或特性。而且，這樣的用語不一定指稱相同的實施例。此外，當結合一實施例描述特定的特徵、結構、或特性時，會認為結合其他實施例影響這種特徵、結構、或特性是落在本領域技術人員的知識範圍內，無論有無明確地說明。

在處理大資料集時，透過將資料型態調整成盡可能的小，可增加記憶體和運算密度。若輸入項來自感測器資料，則預期會有8或16位元的整數資料作為輸入。類神經網路計算，其也可被編碼成匹配這種密集的格式，通常具有「小」數字作為輸入項。然而，累加器進行加總乘積，意味著累加器應容許兩倍的輸入項的位元數(乘法的性質)而且可能更多，以避免在計算中的任何點的溢位(overflow)或飽和(saturation)。

本文詳述的是，試圖在融合乘法累加(fused multiply accumulate,FMA)運算鏈中，保持輸入資料尺寸為小並且加總至較大的累加器的實施例。圖1示出依據實施例之使用不同大小的運算元的融合乘法累加指令的示例性執行。相對於儲存用於累加的全尺寸(full-size)緊縮資料元件的第三來源105(例如，單輸入、 多資料(SIMD)或向量暫存器)，第一來源101(例如，SIMD或向量暫存器)及第二來源103儲存「半尺寸(half-sized)」的緊縮資料元件。緊縮資料元件尺寸以此方式存在的任何一組值都是可支持的。

如所示，將儲存在第一及第二來源101及103的相同位置的緊縮資料元件的值相乘。例如，A0*B0、A1*B1等等。將兩個這種「半尺寸」的緊縮資料元件的乘法結果加到來自第三來源105的對應的「全尺寸」的緊縮資料元件。例如，A0*B0+A1*B1+C0等等。

將結果儲存在具有至少為「全尺寸」的緊縮資料元件尺寸的目的地107(例如，SIMD暫存器)中。在一些實施例中，第三來源105與目的地107是相同的。

圖2示出依據實施例之2的乘冪大小的SIMD實現，其中累加器使用的輸入尺寸大於乘法器的輸入尺寸。注意，來源(至乘法器)及累加器值可以是帶正負號(signed)或者是不帶正負號(unsigned)的值。對於具有2X輸入尺寸的累加器(換句話說，累加器輸入值的尺寸是來源的緊縮資料元件尺寸的兩倍)，表格201示出了不同的配置。對於位元組(byte)大小的來源，累加器使用字組(word)或者尺寸為16位元的半精度浮點數(half-precision floating-point,HPFP)值。對於字組大小的來源，累加器使用32位元整數或者尺寸為32位元的單精度浮點數(single-precision floating-point,SPFP)值。對於SPFP或32位元大小的來源，累加器使用64位 元或者尺寸為64位元的雙精度浮點數(double-precision floating-point,DPFP)值。使用圖1作為範例，當來源1 101及來源2 103的緊縮資料元件尺寸為8位元時，則累加器將使用來自來源3 103的16位元大小的資料元件。當來源1 101及來源2 103的緊縮資料元件尺寸為16位元時，則累加器將使用來自來源3 103的32位元大小的資料元件。當來源1 101及來源2 103的緊縮資料元件尺寸為32位元時，則累加器將使用來自來源3 103的64位元大小的資料元件。

對於具有4X輸入尺寸的累加器(換句話說，累加器輸入值的尺寸是來源的緊縮資料元件尺寸的四倍)，表格203示出了不同的配置。對於位元組大小的來源，累加器使用32位元整數或者尺寸為32位元的單精度浮點數(SPFP)。對於字組大小的來源，累加器使用64位元整數或者尺寸為64位元的雙精度浮點數(DPFP)值。使用圖1作為範例，當來源1 101及來源2 103的緊縮資料元件尺寸為8位元時，則累加器將使用來自來源3 103的32位元大小的資料元件。當來源1 101及來源2 103的緊縮資料元件尺寸為16位元時，則累加器將使用來自來源3 103的64位元大小的資料元件。

對於具有8X輸入尺寸的累加器(換句話說，累加器輸入值的尺寸是來源的緊縮資料元件尺寸的八倍)，表格205示出了配置。對於位元組大小的來 源，累加器使用64位元整數或者尺寸為64位元的雙精度浮點數(DPFP)值。使用圖1作為範例，當來源1 101及來源2 103的緊縮資料元件尺寸為8位元時，則累加器將使用來自來源3 103的64位元大小的資料元件。

本文詳述的是用於融合乘法累加的指令及電路的實施例。在一些實施例中，融合乘法累加指令具有混合精度及/或使用水平縮減，如本文所述。

本文詳述的是指令的實施例，當該指令被執行時，針對目的地的每個緊縮資料元件位置，導致來自對應於第三來源的緊縮資料元件位置的第一及第二來源的M個N尺寸的緊縮資料元件相乘，並且將這些相乘的結果加到第三來源的緊縮資料元件位置的全尺寸的(相對於N尺寸的緊縮資料元件)緊縮資料元件，並且將相加結果儲存在對應於第三來源的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置目的地中，其中M等於全尺寸的緊縮資料元件除以N。例如，當M等於2(例如，全尺寸的緊縮資料元件為16位元且N為8位元)時，將來自第一來源的連續緊縮資料元件乘以第二來源的個別的連續緊縮資料元件。

同樣的，本文詳述的是指令的實施例，當該指令被執行時，導致來自第一及第二來源的一對半尺寸的緊縮資料元件相乘，並且將這些相乘的結果加到第三來源的全尺寸的(相對於半尺寸的緊縮資料元件)緊縮資料元件，並且將結果儲存在目的地中。換句話說，在一些實施例中，針對第三來源的每個資料元件位置i，將來自第一 來源的資料元件位置[2i]的資料與來自第二來源的資料元件位置[2i]的資料相乘以產生第一結果，將來自第一來源的資料元件位置[2i+1]的資料與來自第二來源的資料元件位置[2i+1]的資料相乘以產生第二結果，並且將該第一及第二結果加到來自第三來源的資料元件位置i的資料。在一些實施例中，在加法結束時執行飽和運算。在一些實施例中，在相乘之前將來自第一及/或第二來源的資料做正負號擴展。

此外，本文詳述的是指令的實施例，當該指令被執行時導致來自第一及第二來源的四個(quartet)四分之一尺寸的緊縮資料元件相乘，並且將相乘的結果加到第三來源的全尺寸的(相對於四分之一尺寸的緊縮資料元件)緊縮資料元件，並且將結果儲存在目的地中。換句話說，在一些實施例中，針對第三來源的每個資料元件位置i，將來自第一來源的資料元件位置[4i]的資料與來自第二來源的資料元件位置[4i]的資料相乘以產生第一結果，將來自第一來源的資料元件位置[4i+1]的資料與來自第二來源的資料元件位置[4i+1]的資料相乘以產生第二結果，將來自第一來源的資料元件位置[4i+2]的資料與來自第二來源的資料元件位置[4i+2]的資料相乘以產生第三結果，將來自第一來源的資料元件位置[4i+3]的資料與來自第二來源的資料元件位置[4i+3]的資料相乘以產生第四結果，並且將該第一、第二、第三及第四結果加到來自第三來源的資料元件位置i的資料。在一些實施例中，在加法結束時執 行飽和運算。在一些實施例中，在相乘之前將來自第一及/或第二來源的資料做正負號擴展。

在一些整數版本的指令的實施例中，當加法結果的值太大時，使用飽和電路來保存運算元的正負號。特別是，飽和評估發生在介於多路加法(multi-way-add)和寫入至目的地之間的無限精度(infinite precision)結果。有些情況是，最大正數或最小負數不能被信任，因為它可能反映了計算超出容器空間。然而，這至少可以被檢查。當累加器是浮點且輸入項是整數時，則要回答的問題是如何以及何時進行整數乘積的轉換，使得從部分項到最後浮點累加不存在兩次捨入(double-rounding)。在一些實施例中，將乘積之和以及浮點累加器轉換成無限精度值(數百位元的定點數)，執行相加，然後執行單次捨入到實際的累加器類型。

在一些實施例中，當輸入項是浮點運算元時，捨入並且處理特殊值(無限大及非數值(NANs))，計算中錯誤的排序需要在定義中解決。在一些實施例中，模擬指定一運算順序，並保證該執行提供依該排序的錯誤。這種執行可能無法避免在計算過程中的多次捨入。單精度乘法可以完全地填入雙精度結果中，無論輸入值為何。然而，兩個這種運算的水平相加在沒有捨入的情況下可能無法填入雙精度浮點數(double)，且總和在沒有額外捨入的情況下可能無法填入累加器。在一些實施例中，在水平求和期間執行捨入，並在累加期間執行一 次捨入。

圖3示出用以處理諸如融合乘法累加指令之指令的硬體的實施例。如所示，儲存器303儲存待執行的融合乘法累加指令301，針對目的地的每個緊縮資料元件位置，導致來自對應於第三來源的緊縮資料元件位置的第一及第二來源的M個N尺寸的緊縮資料元件相乘，將這些相乘的結果加到第三來源的緊縮資料元件位置的全尺寸的(相對於N尺寸的緊縮資料元件)緊縮資料元件，並且將相加結果儲存在對應於第三來源的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置目的地中，其中M等於全尺寸的緊縮資料元件除以N。

指令301由解碼電路305接收。例如，解碼電路305從提取邏輯/電路接收此指令。該指令包括第一、第二和第三來源以及目的地的欄位。在一些實施例中，來源和目的地是暫存器。此外，在一些實施例中，第三來源和目的地是相同的。指令301的運算碼及/或前綴(prefix)包括位元組(byte)、字組(word)、雙字組(doubleword)、及四字組(quadword)之來源和目的地資料元件尺寸{B/W/D/Q}的指示，以及迭代次數。

將於後面詳述至少一個指令格式的更詳細的實施例。解碼電路305將指令解碼成一或多個運算。在一些實施例中，此解碼包括產生將由執行電路(諸如執行電路309)執行的複數個微運算。解碼電路305也解碼指令前綴。

在一些實施例中，暫存器重新命名、暫存器配置、及/或排程電路307提供以下一或多項功能：(1)將邏輯運算元值重新命名為實體運算元值(例如，在一些實施例中為暫存器別名表)，(2)將狀態位元和旗標分配給經解碼的指令；以及(3)排程經解碼的指令用於在指令池之外的執行電路上執行(例如，在一些實施例中使用保留站(reservation station))。暫存器(暫存器檔案)及/或記憶體308將資料儲存為將由執行電路309運算的指令的運算元。示例性暫存器類型包括緊縮資料暫存器、通用暫存器和浮點暫存器。

執行電路309執行經解碼的指令。

在一些實施例中，引退/寫回電路311在架構上將目的地暫存器提交到暫存器或記憶體中，並且引退指令。

融合乘法累加指令之格式的一實施例為FMA[SOURCESIZE{B/W/D/Q}][DESTSIZE{B/W/D/Q}]DSTREG,SRC1,SRC2,SRC3。在一些實施例中，FMA[SOURCESIZE{B/W/D/Q}][DESTSIZE{B/W/D/Q}]是指令的運算碼及/或前綴。B/W/D/Q指示來源/目的地的資料元件尺寸為位元組、字組、雙字組、及四字組。DSTREG是緊縮資料目的地暫存器運算元的欄位。SRC1、SRC2、及SRC3是諸如緊縮資料暫存器及/或記憶體等來源的欄位。

融合乘法累加指令之格式的一實施例為 FMA[SOURCESIZE{B/W/D/Q}][DESTSIZE{B/W/D/Q}]DSTREG/SRC3,SRC1,SRC2。在一些實施例中，FMA[SOURCESIZE{B/W/D/Q}][DESTSIZE{B/W/D/Q}]是指令的運算碼及/或前綴。B/W/D/Q指示來源/目的地的資料元件尺寸為位元組、字組、雙字組、及四字組。DSTREG/SRC3是緊縮資料目的地暫存器運算元及第三來源運算元的欄位。SRC1及SRC2是諸如緊縮資料暫存器及/或記憶體等來源的欄位。

在一些實施例中，融合乘法累加指令包括writemask(寫入遮罩)暫存器運算元(k)的欄位(例如，FMA[SOURCESIZE{B/W/D/Q}][DESTSIZE{B/W/D/Q}]{k}DSTREG/SRC3,SRC1,SRC2或FMA[SOURCESIZE{B/W/D/Q}][DESTSIZE{B/W/D/Q}]{k}DSTREG,SRC1,SRC2,SRC3)。寫入遮罩被用來有條件地控制每個元件的運算和更新結果。取決於實作，寫入遮罩使用合併(merging)或歸零(zeroing)遮蔽。以述詞(predicate)(writemask、寫入遮罩、或k暫存器)運算元編碼的指令使用該運算元來有條件地控制每個元件的運算操作並且將結果更新到目的地運算元。述詞運算元被稱為opmask(寫入遮罩)暫存器。opmask是一組尺寸為MAX_KL(64位元)的架構暫存器。應注意的是，從這組架構暫存器，只有k1到k7可被定址為述詞運算元。k0可被用作正規的來源或目的地，但不可被編碼為述詞運算元。亦應注意的是，述詞運算元可被用來針對具有記憶體運算元(來源或目的地)的一些指令啟用記憶體故障抑 制。作為述詞運算元，opmask暫存器包含一個位元，用來管理對向量暫存器的每個資料元件的運算/更新。一般來說，opmask暫存器可支援具有下列元件尺寸的指令：單精度浮點數(float32)、整數雙字組(int32)、雙精度浮點數(float64)、整數四字組(int64)。opmask暫存器的長度MAX_KL足以處理多達64個元件，每個元件一個位元，亦即64位元。對於給定的向量長度，每個指令僅存取依照其資料類型所需的最低有效遮罩位元數。opmask暫存器以每元件的粒度影響指令。因此，在opmask暫存器的對應位元上斷定每個資料元件的任意數值或非數值運算以及至目的地運算元的中間結果的每元件更新。在大部分的實施例中，作為述詞運算元的opmask遵守下列屬性：(1)對於未設定對應的opmask位元的元件，不執行指令的運算(這意味著對於未遮蔽(masked-off)元件的運算不會引起例外(exception)或違規(violation)，並且因此，由於未遮蔽運算，沒有例外旗標被更新)；(2)若未設定對應的寫入遮罩位元，則不會以運算結果來更新目的地元件，而是，必須保存目的地元件值(合併遮蔽)或者必須將目的地元件值歸零(歸零遮蔽)；(3)針對具有記憶體運算元的一些指令，對於具有遮罩位元為0的元件，抑制記憶體故障。應注意的是，此特性提供了一通用結構來實現控制流程斷定，因為遮罩實際上為向量暫存器目的地提供了合併行為。作為替代，遮罩可被用於歸零而非合併，因而，以0來更新被遮蔽掉的元件，而不是保留舊值。歸零行為被提供來在不需 要舊值的隱含相依性時將其移除。

在實施例中，指令的編碼包括縮放-索引-基底(scale-index-base)(SIB)類型的記憶體尋址運算元，其間接地識別記憶體中的多個索引目的地位置。在一個實施例中，SIB類型記憶體運算元可包括識別基址暫存器的編碼。基址暫存器的內容可表示記憶體中的基底位址，從該基底位址可計算記憶體中的特定目的地位置的位址。例如，基底位址可以是擴展向量指令之潛在目的地位置的方塊中的第一位置的位址。在一個實施例中，SIB類型的記憶體運算元可包括識別索引暫存器的編碼。索引暫存器的每個元件可指定一索引或偏移(offset)值，其可用來從基底位址計算在潛在目的地位置的方塊內的個別目的地位置的位址。在一個實施例中，SIB類型的記憶體運算元可包括指定縮放因子的編碼，當計算個別目的地位址時，該縮放因子被施加到每個索引值。例如，若在SIB類型的記憶體運算元中編碼縮放因子值為4，則從索引暫存器獲得的每個索引值可被乘以4，接著被加到基底位址來計算目的地位址。

在一個實施例中，具有vm32{x,y,z}形式的SIB類型的記憶體運算元可識別使用SIB類型的記憶體尋址來指定的記憶體運算元的向量陣列。在此範例中，使用共同基底(common base)暫存器、常數縮放因子、以及包含每個單獨元件為32位元索引值之多個單獨元件的向量索引暫存器來指定記憶體位址的陣列。向量索引暫存器可以是 XMM暫存器(vm32x)、YMM暫存器(vm32y)、或ZMM暫存器(vm32z)。在另一實施例中，具有vm64{x,y,z}形式的SIB類型的記憶體運算元可識別使用SIB類型的記憶體尋址來指定記憶體運算元的向量陣列。在此範例中，使用共同基底暫存器、常數縮放因子、以及包含每個單獨元件為64位元索引值之多個單獨元件的向量索引暫存器來指定記憶體位址的陣列。向量索引暫存器可以是XMM暫存器(vm64x)、YMM暫存器(vm64y)、或ZMM暫存器(vm64z)。

圖4示出由處理器執行以處理融合乘法累加指令的方法的實施例。

在401，提取指令。例如，提取融合乘法累加指令。融合乘法累加指令包括運算碼、以及緊縮資料來源運算元和緊縮資料目的地運算元的欄位，如上所詳述的。在一些實施例中，融合乘法累加指令包括寫入遮罩運算元。在一些實施例中，從指令快取提取指令。

在403解碼該提取的指令。例如，由解碼電路解碼該提取的融合乘法累加指令，如此處所詳述的。

在405擷取與經解碼的指令的來源運算元相關聯的資料值。

在407，由執行電路(硬體)執行經解碼的指令，如此處所詳述的。針對融合乘法累加指令，該執行將針對目的地的每個緊縮資料元件位置，導致來自對應於第三來源的緊縮資料元件位置的第一及第二來源的M個N尺寸的緊縮資料元件的相乘，將這些相乘的結果加到第三來 源的緊縮資料元件位置的全尺寸的(相對於N尺寸的緊縮資料元件)緊縮資料元件，並且將相加結果儲存在對應於第三來源的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置目的地中，其中M等於全尺寸的緊縮資料元件除以N。

在一些實施例中，在409提交(commit)或引退(retire)指令。

圖5示出融合乘法累加之執行的子集的實施例。特別是，這示出了目的地的一個緊縮資料元件位置的迭代的執行電路。在此實施例中，對帶正負號的來源進行融合乘法累加，其中累加器是輸入資料尺寸的2倍。圖6示出用於在硬體中執行此指令的虛擬碼的實施例。

第一帶正負號的來源(來源1 501)及第二帶正負號的來源(來源2 503)各具有四個緊縮資料元件。這些緊縮資料元件之各者儲存諸如浮點數資料的帶正負號的資料。第三帶正負號的來源509(來源3)具有兩個緊縮資料元件，其之各者儲存帶正負號的資料。第一及第二帶正負號的來源501及503的尺寸第三帶正負號的來源509的尺寸的一半。例如，第一及第二帶正負號的來源501及503可具有32位元的緊縮資料元件(例如，單精度浮點數)，第三帶正負號的來源509可具有64位元的緊縮資料元件(例如，雙精度浮點數)。

在此圖示中，僅示出第一及第二帶正負號的來源501及503的兩個最高有效(most significant)緊縮資料元件位置和第三帶正負號的來源509的最高有效緊縮資料 元件位置。當然，其他的緊縮資料元件位置也會被處理。

如所示，以成對的方式處理緊縮資料元件。例如，使用乘法器電路505將第一及第二帶正負號的來源501及503的最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘，並且使用乘法器電路507將來自第一及第二帶正負號的來源501及503的第二最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘。在一些實施例中，這些乘法器電路505及507被重複用於其他的緊縮資料元件位置。在其他實施例中，使用附加的乘法器電路，使得緊縮資料元件被平行處理。在一些情況下，平行執行是使用帶正負號的第三來源509的尺寸的通道完成的。使用加法電路511將每個相乘的結果相加。

乘法結果的相加結果被加到來自帶正負號的來源3 509的最高有效緊縮資料元件位置的資料(使用不同的加法器513或相同的加法器511)。

最後，將第二加法的結果儲存到對應於帶正負號的第三來源509所使用的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置中的帶正負號的目的地515。在一些實施例中，將寫入遮罩應用於此儲存器，使得若設定了對應的寫入遮罩(位元)，則發生儲存，並且若未設定，則不發生儲存。

圖7示出融合乘法累加之執行的子集的實施例。特別是，這示出了目的地的一個緊縮資料元件位置的迭代的執行電路。在此實施例中，對帶正負號的來源進行融合乘法累加，其中累加器是輸入資料尺寸的2倍。 圖8示出用於在硬體中執行此指令的虛擬碼的實施例。

第一帶正負號的來源(來源1 701)及第二帶正負號的來源(來源2 703)各具有四個緊縮資料元件。這些緊縮資料元件之各者儲存諸如整數資料的帶正負號的資料。第三帶正負號的來源709(來源3)具有兩個緊縮資料元件，其之各者儲存帶正負號的資料。第一及第二正負號的來源701及703的尺寸是第三帶正負號的來源709的尺寸的一半。例如，第一及第二正負號的來源701及703可具有32位元的緊縮資料元件(例如，單精度浮點數)，第三帶正負號的來源709可具有64位元的緊縮資料元件(例如，雙精度浮點數)。

在此圖示中，僅示出第一及第二正負號的來源701及703的兩個最高有效緊縮資料元件位置和第三帶正負號的來源709的最高有效緊縮資料元件位置。當然，其他的緊縮資料元件位置也會被處理。

如所示，以成對的方式處理緊縮資料元件。例如，使用乘法器電路705將第一及第二正負號的來源701及703的最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘，並且使用乘法器電路707將來自第一及第二正負號的來源701及703的第二最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘。在一些實施例中，這些乘法器電路705及707被重複用於其他的緊縮資料元件位置。在其他實施例中，使用附加的乘法器電路，使得緊縮資料元件被平行處理。在一些情況下，平行執行是使用帶正負號的第三來源709的尺寸的通道完成 的。使用加法/飽和電路711將每個相乘的結果加到帶正負號的第三來源709。

加法/飽和(累加器)電路711會在加法造成值太大時保存運算元的正負號。特別是，飽和評估發生在多路加法(multi-way-add)和寫入到帶正負號的目的地715之間的無限精度的結果上。當累加器711是浮點而輸入項是整數時，將乘積之和以及浮點累加器輸入值轉換成無限精度值(數百位元的定點數)，執行乘法結果和第三輸入的相加，並執行單次捨入到實際的累加器類型。

將加法及飽和檢查的結果儲存到對應於帶正負號的第三來源709所使用的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置中的帶正負號的目的地715。在一些實施例中，將寫入遮罩應用於此儲存器，使得若設定了對應的寫入遮罩(位元)，則發生儲存，並且，若未設定，則不發生儲存。

圖9示出融合乘法累加之執行的子集的實施例。特別是，這示出了目的地的一個緊縮資料元件位置的迭代的執行電路。在此實施例中，對帶正負號的來源以及不帶正負號的來源進行融合乘法累加，其中累加器是輸入資料尺寸的4倍。圖10示出用於在硬體中執行此指令的虛擬碼的實施例。

第一帶正負號的來源(來源1 901)及第二不帶正負號的來源(來源2 903)各具有四個緊縮資料元件。這些 緊縮資料元件之各者儲存諸如浮點數或整數資料的資料。第三帶正負號的來源(來源3 915)具有一緊縮資料元件，其儲存帶正負號的資料。第一及第二來源901及903的尺寸是第三帶正負號的來源915的尺寸的四分之一。例如，第一及第二來源901及903可具有16位元的緊縮資料元件(例如，字組)，而第三帶正負號的來源915可具有64位元的緊縮資料元件(例如，雙精度浮點數或64位元整數)。

在此圖示中，示出第一及第二來源901及903的四個最高有效緊縮資料元件位置和第三帶正負號的來源915的最高有效緊縮資料元件位置。當然，如果有其他的緊縮資料元件位置，其他的緊縮資料元件位置也會被處理。

如所示，以四個一組的方式處理緊縮資料元件。例如，使用乘法器電路905將第一及第二來源901及903的最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘、使用乘法器電路907將來自第一及第二來源901及903的第二最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘、使用乘法器電路909將來自第一及第二來源901及903的第三最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘、以及使用乘法器電路911將來自第一及第二來源901及903的最低有效緊縮資料元件位置的資料相乘。在一些實施例中，在相乘之前，將第一來源901的帶正負號的緊縮資料元件做正負號擴展(sign extended)，以及將第二來源903的不帶正負號的緊縮資料元件以零擴展(zero extended)。

在一些實施例中，這些乘法器電路905-911被重複用於其他的緊縮資料元件位置。在其他實施例中，使用附加的乘法器電路，使得緊縮資料元件被平行處理。在一些情況下，平行執行是使用帶正負號的第三來源915的尺寸的通道完成的。使用加法電路912將每個相乘的結果相加。

乘法結果的相加結果被加到來自帶正負號的來源3 915的最高有效緊縮資料元件位置的資料(使用不同的加法器913或相同的加法器912)。

最後，將第二加法的結果儲存到對應於帶正負號的第三來源909所使用的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置中的帶正負號的目的地919。在一些實施例中，將寫入遮罩應用於此儲存器，使得若設定了對應的寫入遮罩(位元)，則發生儲存，並且，若未設定，則不發生儲存。

圖11示出融合乘法累加之執行的子集的實施例。特別是，這示出了目的地的一個緊縮資料元件位置的迭代的執行電路。在此實施例中，對帶正負號的來源以及不帶正負號的來源進行融合乘法累加，其中累加器是輸入資料尺寸的4倍。圖12示出用於在硬體中執行此指令的虛擬碼的實施例。

第一帶正負號的來源(來源1 1101)及第二不帶正負號的來源(來源2 1103)各具有四個緊縮資料元件。這些緊縮資料元件之各者儲存諸如浮點數或整數資料的資 料。第三帶正負號的來源(來源3 1115)具有一緊縮資料元件，其儲存帶正負號的資料。第一及第二來源1101及1103的尺寸是第三帶正負號的來源1115的尺寸的四分之一。例如，第一及第二來源1101及1103可具有16位元的緊縮資料元件(例如，字組)，而第三帶正負號的來源1115可具有64位元的緊縮資料元件(例如，雙精度浮點數或64位元整數)。

在此圖示中，示出第一及第二來源1101及1103的四個最高有效緊縮資料元件位置以及第三帶正負號的來源1115的最高有效緊縮資料元件位置。當然，如果有其他的緊縮資料元件位置，其他的緊縮資料元件位置也會被處理。

如所示，以四個一組的方式處理緊縮資料元件。例如，使用乘法器電路1105將第一及第二來源1101及1103的最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘、使用乘法器電路1107將來自第一及第二來源1101及1103的第二最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘、使用乘法器電路1109將來自第一及第二來源1101及1103的第三最高有效緊縮資料元件位置的資料相乘、以及使用乘法器電路1111將來自第一及第二來源1101及1103的最低有效緊縮資料元件位置的資料相乘。在一些實施例中，在相乘之前，將第一來源1101的帶正負號的緊縮資料元件做正負號擴展，以及將第二來源1103的不帶正負號的緊縮資料元件以零擴展。

在一些實施例中，乘法器電路1105-1111被重 複用於其他的緊縮資料元件位置。在其他實施例中，使用附加的乘法器電路，使得緊縮資料元件被平行處理。在一些情況下，平行執行是使用帶正負號的第三來源1115的尺寸的通道完成的。使用加法/飽和電路1113將每個相乘的結果加到帶正負號的第三來源1115。

加法/飽和(累加器)電路1113會在加法造成值太大時保存運算元的正負號。特別是，飽和評估發生在多路加法和寫入到目的地1119之間的無限精度的結果上。當累加器1113是浮點而輸入項是整數時，將乘積之和以及浮點累加器輸入值轉換成無限精度值(數百位元的定點數)，執行乘法結果和第三輸入的相加，並執行單次捨入到實際的累加器類型。

將加法及飽和檢查的結果儲存到對應於帶正負號的第三來源1115所使用的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置中的帶正負號的目的地1119。在一些實施例中，將寫入遮罩應用於此儲存器，使得若設定了對應的寫入遮罩(位元)，則發生儲存，並且，若未設定，則不發生儲存。

下面的附圖詳細描述實現上述實施例地示例性架構和系統。在一些實施例中，上面描述的一或多個硬體元件及/或指令被如下所述地仿真，或被實作為軟體模組。

示例性實施例包括處理器，其包含解碼器，用以解碼單一指令，該單一指令具有運算碼、表示目的地 運算元的目的地欄位、及第一、第二及第三緊縮資料來源運算元的欄位，其中第一及第二緊縮資料來源運算元的緊縮資料元件具有第一尺寸，其與第三緊縮資料運算元的緊縮資料元件的第二尺寸不同；暫存器檔案，具有複數個緊縮資料暫存器，其包括用於來源及目的地運算元的暫存器；以及執行電路，用以執行經解碼的單一指令來針對目的地運算元的每個緊縮資料元件位置，執行來自對應於第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的第一及第二緊縮資料來源的M個N尺寸的緊縮資料元件的相乘，將這些相乘的結果加到第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的全尺寸的緊縮資料元件，並且將相加結果儲存在對應於第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置目的地中，其中M等於全尺寸的緊縮資料元件除以N。

在一些實施例中，下列的一或多者適用：該指令定義該些緊縮資料元件的尺寸；在相乘之前，該執行電路以零擴展該第二來源的緊縮資料元件，以及將該第一來源的緊縮資料元件做正負號擴展；當該第一尺寸是該第二尺寸的一半時，對每個乘法執行第一相加，並且對該第一相加的結果和來自先前迭代的結果執行第二相加；當該第一尺寸是該第二尺寸的一半時，對該些乘法之各者和來自先前迭代的結果執行單次加法與飽和檢查；當該第一尺寸是該第二尺寸的四分之一時，對每個乘法執行第一相加，並且對該第一相加的結果和來自先前迭代的結果 執行第二相加；及/或當該第一尺寸是該第二尺寸的四分之一時，對該些乘法之各者和來自先前迭代的結果執行單次加法與飽和檢查。

示例性實施例包括一種解碼單一指令的方法，該單一指令具有運算碼、表示目的地運算元的目的地欄位、和第一、第二及第三緊縮資料來源運算元的欄位，其中第一及第二緊縮資料來源運算元的緊縮資料元件具有第一尺寸，其與第三緊縮資料運算元的緊縮資料元件的第二尺寸不同；暫存器檔案，具有複數個緊縮資料暫存器，其包括用於來源及目的地運算元的暫存器；以及執行經解碼的單一指令來針對目的地運算元的每個緊縮資料元件位置，執行來自對應於第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的第一及第二緊縮資料來源的M個N尺寸的緊縮資料元件的相乘，將這些相乘的結果加到第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的全尺寸的緊縮資料元件，並且將相加結果儲存在對應於第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置目的地中，其中M等於全尺寸的緊縮資料元件除以N。

在一些實施例中，下列的一或多者適用：該指令定義該些緊縮資料元件的尺寸；在相乘之前，該執行電路以零擴展該第二來源的緊縮資料元件，以及將該第一來源的緊縮資料元件做正負號擴展；當該第一尺寸是該第二尺寸的一半時，對每個乘法執行第一相加，並且對該第一相加的結果和來自先前迭代的結果執行第二相加；當該 第一尺寸是該第二尺寸的一半時，對該些乘法之各者和來自先前迭代的結果執行單次加法與飽和檢查；當該第一尺寸是該第二尺寸的四分之一時，對每個乘法執行第一相加，並且對該第一相加的結果和來自先前迭代的結果執行第二相加；及/或當該第一尺寸是該第二尺寸的四分之一時，對該些乘法之各者和來自先前迭代的結果執行單次加法與飽和檢查。

示例性實施例包括一種儲存指令的非暫態機器可讀取媒體，當執行指令時導致解碼單一指令的方法，該單一指令具有運算碼、表示目的地運算元的目的地欄位、和第一、第二及第三緊縮資料來源運算元的欄位，其中第一及第二緊縮資料來源運算元的緊縮資料元件具有第一尺寸，其與第三緊縮資料運算元的緊縮資料元件的第二尺寸不同；暫存器檔案，具有複數個緊縮資料暫存器，其包括用於來源及目的地運算元的暫存器；以及執行經解碼的單一指令來針對目的地運算元的每個緊縮資料元件位置，執行來自對應於第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的第一及第二緊縮資料來源的M個N尺寸的緊縮資料元件的相乘，將這些相乘的結果加到第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的全尺寸的緊縮資料元件，並且將相加結果儲存在對應於第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置目的地中，其中M等於全尺寸的緊縮資料元件除以N。

在一些實施例中，下列的一或多者適用：該 指令定義該些緊縮資料元件的尺寸；在相乘之前，該執行電路以零擴展該第二來源的緊縮資料元件，以及將該第一來源的緊縮資料元件做正負號擴展；當該第一尺寸是該第二尺寸的一半時，對每個乘法執行第一相加，並且對該第一相加的結果和來自先前迭代的結果執行第二相加；當該第一尺寸是該第二尺寸的一半時，對該些乘法之各者和來自先前迭代的結果執行單次加法與飽和檢查；當該第一尺寸是該第二尺寸的四分之一時，對每個乘法執行第一相加，並且對該第一相加的結果和來自先前迭代的結果執行第二相加；及/或當該第一尺寸是該第二尺寸的四分之一時，對該些乘法之各者和來自先前迭代的結果執行單次加法與飽和檢查。

示例性實施例包括一種系統，包括記憶體及處理器，該處理器包含解碼器，用以解碼單一指令，該單一指令具有運算碼、表示目的地運算元的目的地欄位、和第一、第二及第三緊縮資料來源運算元的欄位，其中第一及第二緊縮資料來源運算元的緊縮資料元件具有第一尺寸，其與第三緊縮資料運算元的緊縮資料元件的第二尺寸不同；暫存器檔案，具有複數個緊縮資料暫存器，其包括用於來源及目的地運算元的暫存器；以及執行電路，用以執行經解碼的單一指令來針對目的地運算元的每個緊縮資料元件位置，執行來自對應於第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的第一及第二緊縮資料來源的M個N尺寸的緊縮資料元件的相乘，將這些相乘的結果加到 第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的全尺寸的緊縮資料元件，並且將相加結果儲存在對應於第三緊縮資料來源的緊縮資料元件位置的緊縮資料元件位置目的地中，其中M等於全尺寸的緊縮資料元件除以N。

在一些實施例中，下列的一或多者適用：該指令定義該些緊縮資料元件的尺寸；在相乘之前，該執行電路以零擴展該第二來源的緊縮資料元件，以及將該第一來源的緊縮資料元件做正負號擴展；當該第一尺寸是該第二尺寸的一半時，對每個乘法執行第一相加，並且對該第一相加的結果和來自先前迭代的結果執行第二相加；當該第一尺寸是該第二尺寸的一半時，對該些乘法之各者和來自先前迭代的結果執行單次加法與飽和檢查；當該第一尺寸是該第二尺寸的四分之一時，對每個乘法執行第一相加，並且對該第一相加的結果和來自先前迭代的結果執行第二相加；及/或當該第一尺寸是該第二尺寸的四分之一時，對該些乘法之各者和來自先前迭代的結果執行單次加法與飽和檢查。

上面詳細描述的指令的實施例可以體現在「通用向量友善指令格式(generic vector friendly instruction format)」中，其將於下文詳細描述。在其他實施例中，不使用這樣的格式，而是使用另一種指令格式，然而，寫入遮罩暫存器、各種資料轉換(重新排列(swizzle)、廣播等)、定址等等的以下描述通常可應用於上面的指令的實施例的說明。此外，下面將詳細說明示例 性系統、架構、及管線。上面的指令的實施例可在這樣的系統、架構、及管線上執行，但不限於詳述的那些。

指令集

指令集可包括一或多種指令格式。一種給定的指令格式可定義各種欄位(例如，位元數、位元的位置)來指定，其中有，待執行的運算(例如，運算碼)以及將對其執行運算的一或多個運算元及/或其他一或多個資料欄位(例如，遮罩)。一些指令格式透過指令範本(指令範本)(或子格式)的定義被進一步細分。例如，可將給定的指令格式的指令範本定義成具有該指令格式的欄位的不同子集(所包括的欄位通常是依照相同的順序，但至少有一些因為包含較少的欄位而具有不同的位元位置)及/或定義成具有以不同方式解譯的給定欄位。因此，使用給定的指令格式(並且，若有定義的話，以該指令格式的給定的一指令範本)來表示指令集架構(ISA)的每個指令，並且該指令包括用來指定運算及運算元的欄位。例如，示例性的ADD指令具有特定的運算碼和指令格式，該指令格式包括指定該運算碼的運算碼欄位和用以選擇運算元(來源1/目的地及來源2)的運算元欄位；並且在指令流中出現此ADD指令將在選擇特定運算元的運算元欄位中具有特定內容。已經釋出及/或公開一組SIMD擴充指令集，其被稱為進階向量擴充指令集(Advanced Vector Extensions)(AVX)(AVX1及AVX2)且使用向量擴充指令集(Vector Extensions)(VEX)編 碼方案(例如，參見2014年9月的Intel® 64及IA-32架構軟體開發者手冊(Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual)；以及參見2014年10月的Intel®進階向量擴充指令集編程參考(Advanced Vector Extensions Programming Reference))。

示例性指令格式

本文所述之指令的實施例可以用不同的格式體現。此外，下面詳細描述示例性系統、架構、及管線。可在此種系統、架構、及管線上執行指令的實施例，但不限於詳述的那些。

通用向量友善指令格式

向量友善指令格式是適於向量指令的指令格式(例如，有某些特定用於向量運算的欄位)。雖然描述了透過向量友善指令格式來支援向量及純量兩種運算的實施例，但替代的實施例僅使用向量運算的向量友善指令格式。

圖13A-13B是示出依據本發明之實施例的通用向量友善指令格式及其之指令範本的方塊圖。圖13A是示出依據本發明之實施例的通用向量友善指令格式及其之類別A指令範本的方塊圖；而圖13B是示出依據本發明之實施例的通用向量友善指令格式及其之類別B指令範本的方塊圖。具體地，針對通用向量友善指令格式1300定義了類 別A及類別B指令範本，這兩種指令範本皆包括無記憶體存取1305指令範本及記憶體存取1320指令範本。在向量友善指令格式的情境中，該術語一般是指不受限於任何特定指令集的指令格式。

雖然將說明在本發明的實施例中，向量友善指令格式支援下列：具有32位元(4位元組)或64位元(8位元組)資料元件寬度(或尺寸)的64位元組向量運算元長度(或尺寸)(因此，64位元組向量由16個雙字組大小的元件，或者，由8個四字組大小的元件組成)；具有16位元(2位元組)或8位元(1位元組)資料元件寬度(或尺寸)的64位元組向量運算元長度(或尺寸)；具有32位元(4位元組)、64位元(8位元組)、16位元(2位元組)、或8位元(1位元組)資料元件寬度(或尺寸)的32位元組向量運算元長度(或尺寸)；以及具有32位元(4位元組)、64位元(8位元組)、16位元(2位元組)、或8位元(1位元組)資料元件寬度(或尺寸)的16位元組向量運算元長度(或尺寸)；但是替代的實施例可支援具有更多、更少、或不同的資料元件寬度(例如，128位元(16位元組)資料元件寬度)的更多、更少及/或不同的向量運算元尺寸(例如，256位元組的向量運算元)。

圖13A中的類別A指令範本包括：(1)在無記憶體存取1305指令範本內，示出無記憶體存取、全捨入(full round)控制類型操作1310指令範本和無記憶體存取、資料轉換類型操作1315指令範本；以及(2)在記憶體存取1320指令範本內，示出記憶體存取、暫時1325指令範本和記憶 體存取、非暫時1330指令範本。圖13B中的類別B指令範本包括：(1)在無記憶體存取1305指令範本中，示出無記憶體存取、寫入遮罩控制、部分捨入控制類型操作1312指令範本和無記憶體存取、寫入遮罩控制、vsize類型操作1317指令範本；以及(2)在記憶體存取1320指令範本中，示出記憶體存取、寫入遮罩控制1327指令範本。

通用向量友善指令格式1300包括下面依照圖13A-13B中所示的順序列出的欄位。

格式欄位1340-在此欄位中的特定值(指令格式識別符值)唯一地識別該向量友善指令格式，並且因而識別指令流中之該向量友善指令格式中的指令的出現。因此，此欄位是可選的，這是就僅有通用向量友善指令格式的指令集並不需要此欄位而言。

基底操作欄位1342-其內容區別不同的基底操作。

暫存器索引欄位1344-其內容直接指定或透過位址產生來指定來源和目的地運算元的位置，無論來源和目的地運算元的位置是在暫存器中或者在記憶體中。這些包括足夠的位元數以便從PxQ(例如，32x512、16x128、32x1024、64x1024)暫存器檔案選擇N個暫存器。雖然在一個實施例中N可多達三個來源和一個目的地暫存器，但替代的實施例可支援更多或更少的來源和目的地暫存器(例如，可支援多達兩個來源，其中這些來源中的一個也用作目的地、可支援多達三個來源，其中這些來源中的一個也 用作目的地、可支援多達兩個來源和一個目的地)。

修飾符欄位1346-其內容區別在指定記憶體存取的通用向量指令格式中的指令的出現和在不指定記憶體存取的通用向量指令格式中的指令的出現；也就是說，識別無記憶體存取1305指令範本和記憶體存取1320指令範本。記憶體存取操作讀取及/或寫入記憶體階層(在一些情況下，使用暫存器中的值來指定來源及/或目的地位址)，而無記憶體存取操作則不這樣做(例如，來源及目的地是暫存器)。雖然在一個實施例中，此欄位亦在執行記憶體位址計算的三個不同的方式中選擇，但替代的實施例可支援更多、更少、或不同的執行記憶體位址計算的方式。

擴充操作欄位1350-其內容區別除了基底操作之外，要執行各種不同操作中的哪一個。此欄位是情境(context)特定的。在本發明的一個實施例中，此欄位被分成類別欄位1368、α欄位1352、及β欄位1354。擴充操作欄位1350允許在單一指令中，而不是在2、3、或4個指令中執行共同的操作組。

縮放(scale)欄位1360-其內容允許縮放索引欄位的內容以用於記憶體位址產生(例如，用於使用2^scale *索引+基底的位址產生)。

位移欄位1362A-其內容被用來作為記憶體位址產生的一部分(例如，用於使用2^scale *索引+基底+位移的位址產生)。

位移因子欄位1362B(注意，在位移因子欄位 1362B正上方並列位移欄位1362A表示使用這兩者中的其中一者)-其內容被用來作為位址產生的一部分；其指定將被記憶體存取的尺寸(N)縮放的位移因子-其中N是記憶體存取中的位元組的數目(例如，用於使用2^scale *索引+基底+縮放位移的位址產生)。忽略冗餘的低階(low-order)位元，並且因此將位移因子欄位的內容乘以記憶體運算元總大小(N)，以便產生在計算有效位址時要使用的最終位移。N的值是由處理器硬體在運行時依據完整運算碼欄位1374(於本文中稍後描述)及資料操作欄位1354C而決定的。位移欄位1362A和位移因子欄位1362B是可選的，這是就它們不用於無記憶體存取1305指令範本及/或不同的實施例可僅實施兩者中的一個或者兩個都不實施而言。

資料元件寬度欄位1364-其內容區別要使用多種資料元件寬度中的哪一種(在一些實施例中用於所有的指令；在其他實施例中僅用於其中一些指令)。此欄位是可選的，這是就若僅支援一種資料元件寬度及/或使用運算碼的某些態樣來支援資料元件寬度則不需要此欄位而言。

寫入遮罩欄位1370-其內容依據每資料元件位置，控制目的地向量運算元中的資料元件位置是否反映基底操作和擴充操作的結果。類別A指令範本支援合併寫入遮蔽，而類別B指令範本則支援合併及規零遮蔽遮蔽二者。當合併時，向量遮罩允許在執行任何操作(由基底操作和擴充操作指定)的期間，保護目的地中的任何一組元 件免於更新；在另一個實施例中，保留對應的遮罩位元具有0的目的地的每個元件的舊值。相反的，當歸零時，向量遮罩允許在執行任何操作(由基底操作和擴充操作指定)的期間，將目的地中的任何一組元件歸零；在一個實施例中，當對應的遮罩位元具有0值時，將目的地的元件設定為0。此功能的一子集是能夠控制被執行的操作的向量長度(亦即，從第一個到最後一個被修改的元件的跨度)；然而，被修改的元件不一定是連續的。因此，寫入遮罩欄位1370容許部分的向量操作，其包括載入、儲存、算數、邏輯等等。雖然描述了本發明的實施例，其中寫入遮罩欄位1370的內容選擇含有要被使用的寫入遮罩的多個寫入遮罩暫存器的其中一個(並且因此寫入遮罩欄位1370的內容間接地識別要被執行的遮蔽)，但替代的實施例替代地或者額外地允許寫入遮罩欄位1370的內容直接指定要被執行的遮蔽。

立即值欄位1372-其內容允許指定立即值。此欄位是可選的，這是就在不支援立即值的通用向量友善格式的實施中不存在此欄位以及在不使用立即值的指令中不存在此欄位而言。

類別欄位1368-其內容區別不同的指令類別。參考圖13A-B，此欄位的內容在類別A和類別B指令之間選擇。圖13A-B中，使用圓角方形來表示特定值存在於欄位中(例如，類別A 1368A和類別B 1368B分別用於圖13A-B中的類別欄位1368)。

類別A的指令範本

在類別A的無記憶體存取1305指令範本的情況下，α欄位1352被解譯為RS欄位1352A，其內容區別要執行不同的擴充操作類型中的哪一種(例如，分別指定捨入1352A.1和資料轉換1352A.2用於無記憶體存取、捨入類型操作1310和無記憶體存取、資料轉換類型操作1315指令範本)，而β欄位1354區別要執行所指定的類型的操作中的哪一個。在無記憶體存取1305指令範本中，縮放欄位1360、位移欄位1362A、及位移縮放欄位1362B不存在。

無記憶體存取指令範本-全捨入控制類型運算

在無記憶體存取全捨入控制類型操作1310指令範本中，β欄位1354被解譯為捨入控制欄位1354A，其內容提供靜態捨入。雖然在本發明所述的實施例中，捨入控制欄位1354A包括抑制所有浮點數異常(suppress all floating point exceptions,SAE)欄位1356和捨入操作控制欄位1358，但替代實施例可支援可將這兩種概念編碼到相同的欄位中，或者僅具有這兩種概念/欄位的其中一種(例如，可僅具有捨入操作控制欄位1358)。

SAE欄位1356-其內容區別是否要停用(disable)異常事件報告；當SAE欄位1356的內容指示啟動抑制時，一給定的指令不會報告任何種類的浮點數異常旗標並且不會喚起任何浮點數異常處理器(exception handler)。

捨入操作控制欄位1358-其內容區別要執行捨入操作之群組中的哪一個(例如，捨進(Round-up)、捨去(Round-down)、往零的方向捨去(Round-towards-zero)及捨去至最接近數值(Round-to-nearest))。因此，捨入操作控制欄位1358允許依據每一指令改變捨入模式。在本發明之處理器包括用於指定捨入模式的控制暫存器的一個實施例中，捨入操作控制欄位1358的內容覆寫該暫存器值。

無記憶體存取指令範本-資料轉換類型操作

在無記憶體存取資料轉換類型操作1315指令範本中，β欄位1354被解譯為資料轉換欄位1354B，其內容區別要執行多種資料轉換中的哪一種(例如，沒有資料轉換、重新排列、廣播)。

在類別A的記憶體存取1320指令範本的情況下，α欄位1352被解譯為驅逐指示(eviction hint)欄位1352B，其內容區別要使用驅逐指示中的哪一個(在圖13A中，分別指定暫時(temporal)1352B.1及非暫時1352B.2用於記憶體存取、暫時1325指令範本和記憶體存取、非暫時1330指令範本)，而β欄位1354被解譯為資料操作欄位1354C，其內容區別要執行多種資料處理操作(亦稱為基元(primitive))中的哪一種(例如，不處理；廣播；來源的向上轉換(up conversion)；以及目的地的向下轉換(down conversion))。記憶體存取1320指令範本包括縮放欄位 1360，以及可選的位移欄位1362A或位移縮放欄位1362B。

向量記憶體指令執行自記憶體載入向量和儲存向量到記憶體，並且支援轉換。如同正規向量指令，向量記憶體指令以逐資料元件的方式自/向記憶體轉移資料，且實際轉移的元件由被選為寫入遮罩的向量遮罩的內容指示。

記憶體存取指令範本-暫時

暫時資料是可能足夠快地被再次使用而獲益於快取的資料。然而，這是提示(hint)，且不同的處理器可能以不同的方式實施，包括完全地忽略該提示。

記憶體存取指令範本-非暫時

非暫時資料是不可能足夠快地被再次使用而獲益於第一階快取中的快取，並且應被給予逐出優先權的資料。然而，這是提示，且不同的處理器可以不同的方式實施，包括完全地忽略提示。

類別B的指令範本

在類別B的指令範本的情況下，α欄位1352被解譯為寫入遮罩控制(Z)欄位1352C，其內容區別被寫入遮罩欄位1370控制的寫入遮蔽是否應被合併或歸零。

在類別B的無記憶體存取1305指令範本的情況 下，β欄位1354的一部分被解譯為RL欄位1357A，其內容區別要執行不同的擴充操作類型中的哪一種(例如，分別指定捨入1357A.1和向量長度(VSIZE)1357A.2用於無記憶體存取、寫入遮罩控制、部分捨入控制類型操作1312指令範本和無記憶體存取、寫入遮罩控制、VSIZE類型操作1317指令範本)，而β欄位1354的其餘部分區別要執行所指定的類型的操作中的哪一個。在無記憶體存取1305指令範本中，縮放欄位1360、位移欄位1362A、及位移縮放欄位1362B不存在。

在無記憶體存取、寫入遮罩控制、部分捨入控制類型操作1312指令範本中，β欄位1354的其餘部分被解譯為捨入操作欄位1359A，並且停用異常事件報告(一給定的指令不會報告任何種類的浮點數異常旗標並且不會喚起任何浮點數異常處理器)。

捨入操作控制欄位1359A-就如同捨入操作控制欄位1358，其內容區別要執行捨入操作之群組中的哪一個(例如，捨進、捨去、往零的方向捨去及捨去至最接近數值)。因此，捨入操作控制欄位1359A允許依據每一指令改變捨入模式。在本發明之處理器包括用於指定捨入模式的控制暫存器的一個實施例中，捨入操作控制欄位1350的內容覆寫該暫存器值。

在無記憶體存取、寫入遮罩控制、VSIZE類型操作1317指令範本中，β欄位1354的其餘部分被解譯為向量長度欄位1359B，其內容區別要執行多個資料向量長度 中的哪一個(例如，128、256、或512位元組)。

在類別B的記憶體存取1320指令範本的情況下，β欄位1354的一部分被解譯為廣播欄位1357B，其內容區別是否要執行廣播類型資料處理操作，而β欄位1354的其餘部分被解譯為向量長度欄位1359B。記憶體存取1320指令範本包括縮放欄位1360、以及可選地位移欄位1362A或位移縮放欄位1362B。

關於通用向量友善指令格式1300，示出完整運算碼欄位1374，包括格式欄位1340、基底操作欄位1342、及資料元件寬度欄位1364。雖然示出一實施例，其中完整運算碼欄位1374包括所有的這些欄位，但完整運算碼欄位1374在不支援所有這些欄位的實施例中會包括少於這些欄位。完整運算碼欄位1374提供運算碼(opcode)。

擴充操作欄位1350、資料元件寬度欄位1364、及寫入遮罩欄位1370允許在通用向量友善指令格式中依據每一指令來指定這些特徵。

寫入遮罩欄位和資料元件寬度欄位的組合建立了多種類型的指令，因為它們允許依據不同的資料元件寬度來施加遮罩。

在類別A和類別B內建立的各種指令範本在不同情況下是有益的。在本發明的一些實施例中，不同的處理器或處理器內的不同的核心可僅支援類別A、僅支援類別B、或支援兩種類別。例如，被設計用於一般用途計算的高效通用亂序(out-of-order)核心可僅支援類別B、被設 計來主要用於圖形及/或科學(通量)計算的核心可僅支援類別A、以及被設計用於以上二者的核心可支援兩種類別(當然，具有來自兩種類別的範本及指令的某些混合、但非具有來自兩種類別的所有範本及指令的核心是在本發明的範圍內的)。此外，單一處理器可包括多個核心，其中所有的核心支援相同的類別或者其中不同的核心支援不同的類別。例如，在具有各別的圖形和通用核心的處理器中，被設計來主要用於圖形及/或科學計算的圖形核心之其中一者可僅支援類別A，而通用核心之其中一或多者可以是被設計用於一般用途計算之具有亂序執行和暫存器重新命名的高效通用核心，其僅支援類別B。不具有單獨圖形核心的另一處理器可包括一或多個通用循序或亂序核心，其支援類別A和類別B二者。當然，在本發明的不同實施例中，來自一個類別的特徵亦可在另一類別中被實施。以高階語言編寫的程式將被放入(例如，被及時編譯的或被靜態編譯的)各種不同的可執行形式中，包括：(1)只具有目標處理器支援執行的一或多種類別的指令的形式；或(2)具有使用所有類別的指令的不同組合編寫的替代常式，以及具有控制流程碼，該控制流程碼依據當前正在執行該碼的處理器所支援的指令來選擇要執行的常式的形式。

示例性特定向量友善指令格式

圖14A是示出依據本發明之實施例的示例性特定向量友善指令格式的方塊圖。圖14A示出特定向量友善 指令格式1400，其特定的意義在於其指定了欄位的位置、尺寸、解譯和順序，以及那些欄位之中的一些欄位的值。特定向量友善指令格式1400可被用來擴充x86指令集，因此一些欄位與現有的x86指令集和其擴充(例如，AVX)中所使用的那些欄位相似或者相同。此格式與現有的x86擴充指令集的前綴編碼欄位、實際運算碼位元組欄位、MOD R/M欄位、SIB欄位、位移欄位、及立即值欄位保持一致。示出圖14A的欄位映射到的圖13的欄位。

應理解的是，雖然為了說明的目的，在通用向量友善指令格式1300的上下文中參照特定向量友善指令格式1400說明本發明的實施例，但除了申請專利範圍所述之外，本發明不限於特定向量友善指令格式1400。例如，通用向量友善指令格式1300考慮到各種欄位的可能尺寸，但將特定向量友善指令格式1400顯示為具有特定尺寸的欄位。舉特定範例來說，雖然在特定向量友善指令格式1400中，資料元件寬度欄位1364被顯示為一位元的欄位，但本發明不侷限於此(亦即，通用向量友善指令格式1300考慮到其他尺寸的資料元件寬度欄位1364)。

通用向量友善指令格式1300包括下面依照圖14A中所示的順序列出的欄位。

EVEX前綴(位元組0-3)1402-被以四位元組形式編碼。

格式欄位1340(EVEX位元組0，位元[7：0])-第一位元組(EVEX位元組0)是格式欄位1340，且其含有 0x62(在本發明的一個實施例中用來區別向量友善指令格式的唯一值)。

第二至四位元組(EVEX位元1-3)包括提供特定能力的數個位元欄位。

REX欄位1405(EVEX位元1，位元[7-5])-由EVEX.R位元欄位(EVEX位元1，位元[7]-R)、EVEX.X位元欄位(EVEX位元組1，位元[6]-X)、及EVEX.B位元欄位(EVEX位元組1，位元[5]-B)組成。EVEX.R、EVEX.X、及EVEX.B位元欄位提供與相應的VEX位元欄位相同的功能，並且使用1的補數形式編碼該些位元欄位，即，將ZMM0編碼為1111B、將ZMM15編碼為0000B。如本領域之習知技術，指令的其他欄位編碼暫存器索引的三個較低位元(rrr、xxx、及bbb)，使得可藉由加上EVEX.R、EVEX.X、及EVEX.B來形成Rrrr、Xxxx、及Bbbb。

REX’欄位1410-這是REX’欄位1410的第一部分，並且是被用來對擴充的32個暫存器集之較高的16個或較低的16個進行編碼的EVEX.R’位元欄位(EVEX位元組1，位元[4]-R’)。在本發明的一個實施例中，此位元連同如下所指示的其他位元一起被以位元反轉格式儲存，以與BOUND指令區別(在習知的x86 32位元模式中)，該BOUND指令的實際運算碼位元組是62，但在MOD R/M欄位(於下文描述)中不接受11的值在MOD欄位中；本發明之替代的實施例不以反轉格式儲存此位元以及下文指示的其他位元。使用1的值來編碼較低的16個暫存器。換句話說，透 過合併EVEX.R’、EVEX.R、以及來自其他欄位的其他RRR來形成R’Rrrr。

運算碼映射欄位1415(EVEX位元組1，位元[3：0]-mmmm)-其內容編碼隱含的前導運算碼位元組(0F、0F 38、或0F 3)。

資料元件寬度欄位1364(EVEX位元組2，位元[7]-W)-由符號EVEX.W表示。EVEX.W被用來定義資料類型(32位元資料元件或者64位元資料元件)的粒度(尺寸)。

EVEX.vvvv 1420(EVEX位元組2，位元[6：3]-vvvv)-EVEX.vvvv的作用可包括下列：(1)EVEX.vvvv對以反轉(1的補數)形式指定的第一來源暫存器運算元進行編碼，並且對於具有2個或更多個來源運算元的指令是有效的；(2)EVEX.vvvv針對某些向量位移，對以1的補數形式指定的目的地暫存器運算元進行編碼；或(3)EVEX.vvvv不對任何運算元進行編碼，該欄位被保留並且應包含1111b。因此，EVEX.vvvv欄位1420對以反轉(1的補數)形式儲存的第一來源暫存器說明符的4個低階位元進行編碼。取決於指令，使用一額外的不同的EVEX位元欄位來將說明符尺寸擴充到32個暫存器。

EVEX.U 1368類別欄位(EVEX位元組2，位元[2]-U)-若EVEX.U=0，其指示類別A或EVEX.U0；若EVEX.U=1，其指示類別B或EVEX.U1。

前綴編碼欄位1425(EVEX位元組2，位元[1：0]- pp)-提供額外位元給基底操作欄位。除了對以EVEX前綴格式的傳統SSE指令提供支援之外，這也具有緊縮SIMD前綴的益處(而不需要一位元組來表示SIMD前綴，EVEX前綴僅需要2的位元)。在一個實施例中，為了支援使用以傳統格式和以EVEX前綴格式的SIMD前綴(66H、F2H、F3H)的傳統SSE指令，將這些傳統SIMD前綴編碼到SIMD前綴編碼欄位；並且於執行時先被擴充成傳統SIMD前綴，然後才被提供給解碼器的PLA(因此PLA可執行這些傳統指令的傳統及EVEX格式而無需修改)。雖然較新的指令可將EVEX前綴編碼欄位的內容直接用來作為運算碼擴充，但某些實施例為了一致性以類似的方式擴充，但允許這些傳統SIMD前綴指定不同的含義。替代的實施例可將PLA重新設計成支援2位元的SIMD前綴編碼，因此不需要擴充。

α欄位1352(EVEX位元組3，位元[7]-EH；亦稱為EVEX.EH、EVEX.rs、EVEX.RL、EVEX.寫入遮罩控制、及EVEX.N；亦以α示出)-如先前所述，此欄位是上下文特定的。

β欄位1354(EVEX位元組3，位元[6：4]-SSS，亦稱為EVEX.s_2-0、EVEX.r_2-0、EVEX.rr1、EVEX.LL0、EVEX.LLB；亦以βββ示出)-如先前所述，此欄位是上下文特定的。

REX’欄位1410-這是REX’欄位的其餘部分，並且是可被用來對擴充的32個暫存器集之較高的16個或較低的16個進行編碼的EVEX.V’位元欄位(EVEX位元組3， 位元[3]-V’)。此位元以反轉格式被儲存。使用1的值來對較低的16個暫存器進行編碼。換句話說，透過合併EVEX.V’、EVEX.vvvv來形成V’VVVV。

寫入遮罩欄位1370(EVEX位元組3，位元[2：0]-kkk)-其內容指定寫入遮罩暫存器中的暫存器的索引，如先前所述。在本發明的一個實施例中，特定值EVEX.kkk=000具有隱含沒有寫入遮罩被用於特定指令的特殊行為(這可以各種方式實現，包括使用固線連接到所有硬體的寫入遮罩或者旁路(bypass)遮罩硬體的硬體)。

實際運算碼欄位1430(位元組4)亦稱為運算碼位元組。部分的運算碼在此欄位中被指定。

MOD R/M欄位1440(位元組5)包括MOD欄位1442、Reg欄位1444、及R/M欄位1446。如先前所述，MOD欄位1442的內容區別記憶體存取及無記憶體存取操作。Reg欄位1444的作用可被歸結為兩種情況：對目的地暫存器運算元或來源暫存器運算元進行編碼，或者被視為運算碼擴充且不被用來對任何指令運算元進行編碼。R/M欄位1446的作用可包括下列：對參考記憶體位址的指令運算元進行編碼，或者對目的地暫存器運算元或來源暫存器運算元進行編碼。

縮放、索引、基底(SIB)位元組(位元組6)-如先前所述，縮放欄位1360的內容被用於記憶體位址產生。SIB.xxx 1454及SIB.bbb 1456-這些欄位的內容先前已關於暫存器索引Xxxx及Bbbb而被提及。

位移欄位1362A(位元組7-10)-當MOD欄位1442包含10時，位元組7-10是位移欄位1362A，且其以與傳統32位元位移(disp32)相同的方式運作，並且在位元組粒度下運作。

位移因子欄位1362B(位元組7)-當MOD欄位1442包含01時，位元組7是位移因子欄位1362B。此欄位的位置與傳統x86指令集8位元位移(disp8)的位置相同，其在位元組粒度下運作。因為disp8是正負號擴展的，因此它只能定址在-128和127位元組偏移量之間；就64位元組快取線而言，disp8使用可被設定成僅四個實際有用的值-128、-64、0、及64的8個位元；由於通常需要更大的範圍，因此使用disp32；然而，disp32需要4個位元組。與disp8和disp32不同，位移因子欄位1362B是disp8的重新解譯；當使用位移因子欄位1362B時，透過將位移因子欄位的內容乘以記憶體運算元存取(N)的尺寸來確定實際的位移。這種類型的位移被稱為disp8*N。這減少了平均指令長度(單一位元組用於位移但具有更大的範圍)。這種壓縮的位移是基於有效位移是記憶體存取之粒度的倍數的假設，因此，位址偏移量的冗餘低階位元不需要被編碼。換句話說，位移因子欄位1362B替代傳統x86指令集8位元位移。因此，位移因子欄位1362B的編碼方式與x86指令集8位元位移的方式相同(所以在ModRM/SIB編碼規則中沒有改變)，唯一的例外是disp8被超載至disp8*N。換句話說，編碼規則或編碼長度沒有改變，但只有透過硬體對位移值 的解譯有改變(其需要透過記憶體運算元的尺寸來縮放位移，以獲得按位元組(byte-wise)方式的位址偏移)。立即值欄位1372如先前所述進行操作。

完整運算碼欄位

圖14B是示出依據本發明之一個實施例的構成完整運算碼欄位1374的特定向量友善指令格式1400的欄位的方塊圖。具體地，完整運算碼欄位1374包括格式欄位1340、基底運算欄位1342、及資料元件寬度(W)欄位1364。基底運算欄位1342包括前綴編碼欄位1425、運算碼映射欄位1415、及真實運算碼欄位1430。

暫存器索引欄位

圖14C是示出依據本發明之一個實施例的構成暫存器索引欄位1344的特定向量友善指令格式1400的欄位的方塊圖。具體地，暫存器索引欄位1344包括REX欄位1405、REX’欄位1410、MODR/M.reg欄位1444、MODR/M.r/m欄位1446、VVVV欄位1420、xxx欄位1454、及bbb欄位1456。

擴充運算欄位

圖14D是示出依據本發明之一個實施例的構成擴充運算欄位1350的特定向量友善指令格式1400的欄位的方塊圖。當類別(U)欄位1368包含0時，其表示 EVEX.U0(類別A 1368A)；當類別(U)欄位1368包含1時，其表示EVEX.U1(類別B 1368B)。當U=0且MOD欄位1442包含11時(表示無記憶體存取操作)，α欄位1352(EVEX位元組3，位元[7]-EH)被解譯為rs欄位1352A。當rs欄位1352A包含1(捨入1352A.1)，β欄位1354(EVEX位元組3，位元[6：4]-SSS)被解譯為捨入控制欄位1354A。捨入控制欄位1354A包括一位元的SAE欄位1356和兩位元的捨入操作欄位1358。當rs欄位1352A包含0(資料轉換1352A.2)，β欄位1354(EVEX位元組3，位元[6：4]-SSS)被解譯為三位元資料轉換欄位1354B。當U=0且MOD欄位1442包含00、01、或10(表示記憶體存取操作)，α欄位1352(EVEX位元組3，位元[7]-EH)被解譯為驅逐指示(EH)欄位1352B且β欄位1354(EVEX位元組3，位元[6：4]-SSS)被解譯為三位元資料操作欄位1354C。

當U=1，α欄位1352(EVEX位元組3，位元[7]-EH)被解譯為寫入遮罩控制(Z)欄位1352C。當U=1且MOD欄位1442包含11(表示無記憶體存取操作)，β欄位1354的一部分(EVEX位元組3，位元[4]-S₀)被解譯為RL欄位1357A；當其包含1(捨入1357A.1)，β欄位1354的其餘部分(EVEX位元組3，位元[6-5]-S_2-1)被解譯為捨入操作欄位1359A，而當RL欄位1357A包含0(VSIZE 1357.A2)，β欄位1354的其餘部分(EVEX位元組3，位元[6-5]-S_2-1)被解譯為向量長度欄位1359B(EVEX位元組3，位元[6-5]-L_1-0)。當U=1且MOD欄位1442包含00、01、或10(表示記憶體存取 操作)，β欄位1354(EVEX位元組3，位元[6：4]-SSS)被解譯為向量長度欄位1359B(EVEX位元組3，位元[6-5]-L_1-0)及廣播欄位1357B(EVEX位元組3，位元[4]-B)。

示例性暫存器架構

圖15是依據本發明之一個實施例的暫存器架構1500的方塊圖。在示出的實施例中，有32個向量暫存器1510，其為512位元寬；這些暫存器被稱為zmm0至zmm31。較低的16個zmm暫存器之較低階256位元覆蓋在暫存器ymm0-16上。較低的16個zmm暫存器之較低階128位元(ymm暫存器之較低階128位元)覆蓋在暫存器xmm0-15上。特定向量友善指令格式1400對這些覆蓋的暫存器檔案操作，如下面表格所示。

換句話說，向量長度欄位1359B在最大長度和 一或更多個其他較短長度之間選擇，其中每一此種較短長度是先前長度的一半長度；且不具有向量長度欄位1359B的指令範本對最大向量長度操作。此外，在一個實施例中，特定向量友善指令格式1400的類別B指令範本對緊縮的或純量的單/雙精度浮點資料及緊縮的或純量的整數資料操作。純量操作是對zmm/ymm/xmm暫存器中的最低階資料元件位置執行的操作；取決於實施例，將較高階資料元件位置保持與在指令之前相同，或者歸零。

寫入遮罩暫存器1515-在所示實施例中，有8個寫入遮罩暫存器(k0到k7)，每個尺寸為64位元。在替代的實施例中，寫入遮罩暫存器1515的尺寸為16位元。如先前所述，在本發明的一個實施例中，向量遮罩暫存器k0不能被用作寫入遮罩；當正常指示k0的編碼被用於寫入遮罩時，其選擇0xFFFF的固線式寫入遮罩，有效停用該指令的寫入遮罩。

通用暫存器1525-在所示的實施例中，有16個64位元通用暫存器，其與現有的x86定址模式一起用來定址記憶體運算元。透過名稱RAX、RBX、RCX、RDX、RBP、RSI、RDI、RSP、及R8至R15引用這些暫存器。

純量浮點堆疊暫存器檔案(x87堆疊)1545，其上混疊有MMX緊縮整數平坦暫存器檔案1550-在所示的實施例中，x87堆疊是八元件堆疊，被用來使用x87指令集擴充對32/64/80位元浮點數資料執行純量浮點數操作；而MMX暫存器被用來對64位元緊縮整數資料執行操作，以 及用來為在MMX和XMM暫存器之間執行的某些操作保存運算元。

本發明的替代實施例可使用更寬或更窄的暫存器。此外，本發明的替代實施例可使用更多、更少、或不同的暫存器檔案及暫存器。

示例性核心架構、處理器、及電腦架構

處理器核心可以不同的方式實現、用於不同的目的、以及在不同的處理器中。例如，此種核心的實施方式可包括：(1)用於通用計算的通用循序核心；(2)用於通用計算的高效能通用亂序核心；(3)主要用於圖形及/或科學(通量)計算的專用核心。不同的處理器的實施方式可包括：(1)CPU，包括一或多個用於通用計算的通用循序核心及/或一或多個用於通用計算的通用亂序核心；及(2)共處理器，包括一或多個主要用於圖形及/或科學(通量)計算的專用核心。此種不同的處理器導致不同的電腦系統架構，其可包括：(1)在與CPU分離的晶片上的共處理器；(2)在與CPU相同封裝中的單獨晶粒上的共處理器；(3)在與CPU相同晶粒上的共處理器(在這種情況下，這種共處理器有時被稱為專用邏輯，諸如積體圖形及/或科學(通量)邏輯，或被稱為專用核心)；及(4)系統單晶片，其可在相同晶粒上包括所述CPU(有時稱為應用核心或應用處理器)、上述共處理器、及額外的功能。接下來說明示例性核心架構，隨後說明示例性處理器和電腦架構。

示例性核心架構

循序及亂序核心方塊圖

圖16A是示出依據本發明之實施例的示例性循序管線(in-order pipeline)及示例性暫存器重新命名(register renaming)、亂序發出(out-of-order issue)/執行管線(execution pipeline)二者的方塊圖。圖16B是示出依據本發明之實施例的將被包括在處理器中的循序架構核心之示例性實施例及示例性暫存器重新命名、亂序發出/執行架構核心二者的方塊圖。圖16A-B中的實線框示出循序管線及循序核心，而虛線框的可選附加示出暫存器重新命名、亂序發出/執行管線及核心。假定循序態樣是亂序態樣的子集，將說明亂序態樣。

在圖16A中，處理器管線1600包括提取階段1602、長度解碼階段1604、解碼階段1606、分配階段1608、重新命名階段1610、排程(也被稱為配送(dispatch)或發出(issue))階段1612、暫存器讀取/記憶體讀取階段1614、執行階段1616、寫回/記憶體寫入階段1618、例外處理階段1622、以及提交階段1624。

圖16B示出處理器核心1690，包括耦接至執行引擎單元1650的前端單元1630，並且執行引擎單元1650和前端單元1630皆耦接至記憶體單元1670。核心1690可以是精簡指令集計算(RISC)核心、複雜指令集計算(CISC)核心、極長指令字(VLIW)核心、或者是混和或替代的核心 類型。作為另一種選擇，核心1690可以是專用核心，例如網路或通訊核心、壓縮引擎、共處理器核心、通用計算圖形處理單元(GPGPU)核心、圖形核心等等。

前端單元1630包括分支預測單元1632，分支預測單元1632耦接至指令快取單元1634，指令快取單元1634耦接至指令轉譯旁看(lookaside)緩衝器(TLB)1636，指令轉譯旁看緩衝器(TLB)1636耦接至指令提取單元1638，指令提取單元1638耦接至解碼單元1640。解碼單元1640(或解碼器)可解碼指令，並產生作為輸出的一或多個微操作、微碼進入點、微指令、其他指令、或其他控制信號，其係解碼自原始指令、或反映原始指令、或導出自原始指令。可使用各種不同的機構來實現解碼單元1640。合適機構的範例包括，但不限於，查找表(look-up tables)、硬體實現、可編程邏輯陣列(PLA)、微碼唯讀記憶體(ROM)等等。在一個實施例中，核心1690包括微碼ROM或儲存用於某些巨集指令的微碼的其他媒體(例如，在解碼單元1640中或者在前端單元1630內)。解碼單元1640耦接至執行引擎單元1650中的重新命名/分配器單元1652。

執行引擎單元1650包括耦接至引退單元1654的重新命名/分配器單元1652以及一或多個排程器單元1656的集合。排程器單元1656表示任何數量的不同排程器，包括保留站、中央指令窗等等。排程器單元1656耦接至實體暫存器檔案單元1658。實體暫存器檔案單元1658之各者表示一或多個實體暫存器檔案，不同的實體暫存器檔 案儲存一或多種不同的資料類型，諸如純量整數、純量浮點數、緊縮整數、緊縮浮點數、向量整數、向量浮點數、狀態(例如，指令指標，其為下一個待執行的指令的位址)等等。在一個實施例中，實體暫存器檔案單元1658包含向量暫存器單元、寫入遮罩暫存器單元、及純量暫存器單元。這些暫存器單元可提供架構向量暫存器、向量遮罩暫存器、及通用暫存器。實體暫存器檔案單元1658被引退單元1654重疊，以說明暫存器重新命名及亂序執行可被執行的各種方式(例如，使用重新排序緩衝器及引退暫存器檔案；使用未來檔案、歷史緩衝器、及引退暫存器檔案；使用暫存器映射及暫存器池；等等)。引退單元1654和實體暫存器檔案單元1658耦接到執行叢集1660。執行叢集1660包括一或多個執行單元1662的集合以及一或多個記憶體存取單元1664的集合。執行單元1662可執行各種操作(例如，偏移、加法、減法、乘法)及各種資料類型(例如，純量浮點數、緊縮整數、緊縮浮點數、向量整數、向量浮點數)。雖然某些實施例可包括數個專用於特定功能或功能集的執行單元，但其他實施例可僅包括一個執行單元或多個全部執行所有功能的執行單元。排程器單元1656、實體暫存器檔案單元1658、及執行叢集1660被顯示為可能是複數個，因為某些實施例為某些資料/操作類型建立分別的管線(例如，純量整數管線、純量浮點數/緊縮整數/緊縮浮點數/向量整數/向量浮點數管線、及/或記憶體存取管線，其各具有它們自己的排程器單元、實體暫存器檔案單元、 及/或執行叢集-並且在分別的記憶體存取管線的情況下，實施某些實施例，其中僅此管線的執行叢集具有記憶體存取單元1664)。亦應理解的是，在使用分別管線的情況下，這些管線中的一或多個可以是亂序發出/執行，而其他的是循序。

記憶體存取單元1664的集合耦接到記憶體單元1670，該記憶體單元1670包括資料TLB單元1672，該資料TLB單元1672耦接到資料快取單元1674，該資料快取單元1674耦接到第2階(L2)快取單元1676。在一個示例性實施例中，記憶體存取單元1664可包括載入單元、儲存位址單元、及儲存資料單元，其各者耦接到記憶體單元1670中的資料TLB單元1672。指令快取單元1634進一步耦接到記憶體單元1670中的第2階(L2)快取單元1676。L2快取單元1676耦接到一或多個其他階的快取，並且最終耦接到主記憶體。

作為範例，示例性暫存器重新命名、亂序發出/執行核心架構可如下實現管線1600：(1)指令提取1638執行提取和長度解碼階段1602和1604；(2)解碼單元1640執行解碼階段1606；(3)重新命名/分配器單元1652執行分配階段1608和重新命名階段1610；(4)排程器單元1656執行排程階段1612；(5)實體暫存器檔案單元1658和記憶體單元1670執行暫存器讀取/記憶體讀取階段1614；執行叢集1660執行執行階段1616；(6)記憶體單元1670和實體暫存器檔案單元1658執行寫回/記憶體寫入階段1618；(7)各 種單元可涉及異常處理階段1622；及(8)引退單元1654和實體暫存器檔案單元1658執行提交階段1624。

核心1690可支援一或多個指令集(例如，x86指令集(具有與較新版本一起加入的擴充)；美國加州Sunnyvale的MIPS技術公司的MIPS指令集；美國加州Sunnyvale的ARM控股公司的ARM指令集(具有諸如NEON的可選附加擴充))，其包括本文所述的指令。在一個實施例中，核心1690包括用以支援緊縮資料指令集擴充(例如，AVX1、AVX2)的邏輯，藉此允許使用緊縮資料來執行許多多媒體應用所使用的操作。

應理解的是，核心可支援多執行緒(multithreading)(執行兩個或更多個平行組的操作或線程組)，並且可以各種方式來如此執行，包括時間切割(time sliced)多執行緒、同時的多執行緒(其中單一實體核心提供邏輯核心給實體核心正同時多緒化的每個線程)、或其組合(例如，時間切割提取和解碼以及其後的同時多緒化，諸如在Intel®超線程(Hyperthreading)技術中)。

雖然暫存器重新命名是在亂序執行的情境下描述的，應理解的是，暫存器重新命名可被用在循序架構中。雖然處理器的所示實施例亦包括單獨的指令和資料快取單元1634/1674及共用L2快取單元1676，但替代的實施例可具有用於指令和資料二者的單一內部快取，例如第1階(L1)內部快取，或多階的內部快取。在一些實施例中，系統可包括內部快取與在核心及/或處理器外部的外部快 取的組合。替代地，所有的快取可以在核心及/或處理器的外部。

具體的示例性循序核心架構

圖17A-B示出更具體的示例性循序核心架構的方塊圖，其核心將是晶片中若干邏輯方塊(包括具有相同類型及/或不同類型的其他核心)中的一個。取決於應用，該些邏輯方塊透過高頻寬的互連網路(例如，環形網路)與一些固定的功能邏輯、記憶體I/O介面及其他必要的I/O邏輯通訊。

圖17A是依據本發明之實施例的單處理器核心、連同其至晶粒上互連網路1702的連接以及其之第2階(L2)快取的本地子集1704。在一個實施例中，指令解碼器1700支援具有緊縮資料指令集擴充x86指令集。L1快取1706允許低潛時(low-latency)存取快取記憶體進入純量及向量單元。雖然在一個實施例中(為了簡化設計)，純量單元1708及向量單元1710使用分別的暫存器集(分別為，純量暫存器1712及向量暫存器1714)且將它們之間的資料轉移寫入到記憶體，然後從第1階(L1)快取1706讀回，但本發明的替代實施例可使用不同的方式(例如，使用單一暫存器集或者包括允許資料在兩個暫存器檔案之間轉移而不需寫入及讀回的通訊路徑)。

L2快取的本地子集1704是全域L2快取的一部分，該全域L2快取被分成分別的本地子集，每個處理器核 心有一個本地子集。各處理器核心具有直接存取路徑至其本身的L2快取的本地子集1704。由處理器核心所讀取的資料被儲存在其L2快取子集1704中且可被快速地存取，與其他處理器核心存取它們自己的本地L2快取子集平行。由處理核心寫入的資料被儲存在其本身的L2快取子集1704中，且若需要的話，從其他的子集清除。環形網路確保共用資料的一致性。環形網路是雙向的，以允許諸如處理器核心、L2快取、及其他邏輯區塊等的代理器在晶片內彼此通訊。各環形資料路徑在每個方向為1012位元寬。

圖17B是依據本發明之實施例的圖17A中的處理器核心之一部分的擴展視圖。圖17B包括L1資料快取1706A、L1快取1706的一部分，以及關於向量單元1710和向量暫存器1714的更多細節。具體地，向量單元1710是16倍寬(16-wide)的向量處理單元(VPU)(參見16倍寬ALU 1728)，其執行整數、單精度浮點數和雙精度浮點數指令之其中一或多者。VPU支持以重新排列單元1720來重新排列整數輸入、以數值轉換單元1722A-B進行數值轉換、以及以複製單元1724對記憶體輸入進行複製。寫入遮罩暫存器1726允許斷定結果向量寫入。

圖18是依據本發明之實施例的處理器1800的方塊圖，其可具有多於一個的核心、可具有積體記憶體控制器、且可具有積體圖形。圖18中的實線框示出具有單核心1802A、系統代理1810、一組一或多個匯流排控制器單元1816的處理器1800，而虛線框的可選附加示出具有多核 心1802A-N、系統代理單元1810中的一組一或多個積體記憶體控制器單元1814、及專用邏輯1808的替代處理器1800。

因此，處理器1800的不同實施方式可包括：(1)CPU，其中專用邏輯1808為積體圖形及/或科學(通量)邏輯(其可包括一或多個核心)，且核心1802A-N為一或多個通用核心(例如，通用循序核心、通用亂序核心、兩者的組合)；(2)共處理器，其中核心1802A-N為大量的主要用於圖形及/或科學(通量)的專用核心；以及(3)共處理器，其中核心1802A-N為大量的通用循序核心。因此，處理器1800可以是通用處理器、共處理器或專用處理器，例如，網路或通訊處理器、壓縮引擎、圖形處理器、GPGPU(通用圖形處理單元)、高通量多積體核心(MIC)共處理器(包括30或更多的核心)、嵌入式處理器等等。處理器可被實施在一或更多的晶片上。處理器1800可以是一或多個基板的一部分及/或可被實施在一或多個基板上，其使用例如BiCMOS、CMOS、或NMOS的多種製程技術的任一種。

記憶體階層包括在核心內的一或多階快取、一組或一或多個共用快取單元1806、及耦接至該組積體記憶體控制器單元1814的外部記憶體(未示出)。該組共用快取單元1806可包括一或多個中階快取，諸如第2階(L2)、第3階(L3)、第4階(L4)、或其他階的快取、末階快取(LLC)、及/或其之組合。雖然在一個實施例中，基於環的互連單元1812互連積體圖形邏輯1808(積體圖形邏輯1808 是專用邏輯的一範例，且在本文中亦被稱為專用邏輯)、該組共用快取單元1806、及系統代理單元1810/積體記憶體控制器單元1814，但替代的實施例可使用任何公知的技術來互連這些單元。在一個實施例中，維持一或多個快取單元1806與核心1802-A-N之間的一致性。

在一些實施例中，核心1802A-N之中的一或多個能夠進行多緒處理。系統代理1810包括協調及操作核心1802A-N的那些元件。系統代理單元1810可包括例如電源控制單元(PCU)及顯示單元。PCU可以是或者可包括調節核心1802A-N及積體圖形邏輯1808之電源狀態所需的邏輯和元件。顯示單元係用於驅動一或多個外部連接的顯示器。

核心1802A-N在架構指令集方面可以是同質的(homogenous)或異質的(heterogeneous)；即，核心1802A-N中的兩個或更多個能夠執行相同的指令集，而其他的能夠執行僅該指令集的子集或者不同的指令集。

示例性電腦架構

圖19-22是示例性電腦架構的方塊圖。針對膝上型電腦、桌上型電腦、手持式PC、個人數位助理、工程工作站、伺服器、網路裝置、網路集線器、交換器、嵌入式處理器、數位信號處理器(DSP)、圖形裝置、視訊遊戲裝置、機上盒、微控制器、行動電話、可攜式媒體播放器、手持裝置、及各種其他電子裝置之本領域中公知的其 他系統設計和配置也是合適的。一般來說，如本文所述之能夠併入處理器及/或其他執行邏輯的各式各樣的系統或電子裝置通常是合適的。

現在參考圖19，所示為依據本發明之一個實施例的系統1900的方塊圖。系統1900可包括一或多個處理器1910、1915，其耦接至控制器集線器1920。在一個實施例中，控制器集線器1920包括圖形記憶體控制器集線器(GMCH)1990及輸入/輸出集線器(IOH)1950(其可以在不同的晶片上)；GMCH 1990包括記憶體和圖形控制器，記憶體1940及共處理器1945耦接至其；IOH 1950將輸入/輸出(I/O)裝置1960耦接至GMCH 1990。替代地，將記憶體和圖形控制器之其中一者或二者整合在處理器內(如本文所述)，將記憶體1940及共處理器1945直接耦接到處理器1910，以及具有IOH 1950的在單晶片中的控制器集線器1920。

在圖19中以虛線表示附加處理器1915的可選性質。每個處理器1910、1915可包括本文所述之一或多個處理核心，並且可以是某版本的處理器1800。

記憶體1940可以是，例如，動態隨機存取記憶體(DRAM)、相變記憶體(PCM)、或二者的組合。對至少一個實施例而言，控制器集線器1920經由諸如前側匯流排(FSB)之多點(multi-drop)匯流排、諸如快速路徑互連(QPI)之點對點介面、或者類似的連接1995，與處理器1910、1915通訊。

在一個實施例中，共處理器1945是專用處理器，諸如，舉例來說，高通量的MIC處理器、網路通訊處理器、壓縮引擎、圖形處理器、GPGPU、嵌入式處理器等等。在一個實施例中，控制器集線器1920可包括積體圖形加速器。

就包括架構、微架構、熱力、電力消耗特性等的優點的度量範圍而言，實體資源1910、1915之間可存在各種的差異。

在一個實施例中，處理器1910執行控制一般類型的資料處理運算的指令。嵌入在指令中的可以是共處理器指令。處理器1910將這些共處理器指令識別為應由附接的共處理器1945執行的類型。因此，處理器1910在共處理器匯流排或其他互連上，向共處理器1945發出這些共處理器指令(或表示共處理器指令的控制信號)。共處理器1945接受並執行接收到的共處理器指令。

現在參考圖20，所示為依據本發明之實施例的第一更具體的示例性系統2000的方塊圖。如圖20中所示，多處理器系統2000是點對點互連系統，且包括經由點對點互連2050耦接的第一處理器2070及第二處理器2080。處理器2070及2080之各者可以是處理器1800的某版本。在本發明的一個實施例中，處理器2070及2080分別為處理器1910及1915，而共處理器2038為共處理器1945。在另一實施例中，處理器2070及2080分別為處理器1910及共處理器1945。

示出處理器2070及2080分別包括積體記憶體控制器(IMC)單元2072及2082。處理器2070還包括作為其匯流排控制器單元之一部分的點對點(P-P)介面2076及2078；類似地，第二處理器2080包括P-P介面2086及2088。處理器2070、2080可使用P-P介面電路2078、2088經由點對點(P-P)介面2050交換資訊。如圖20中所示，IMC2072及2082將處理器耦接至個別的記憶體，也就是記憶體2032及記憶體2034，其可為主記憶體之本地附接至該些個別處理器的的部分。

處理器2070、2080可分別透過各別的P-P介面2052、2054，使用點對點介面電路2076、2094、2086、2098與晶片組2090交換資訊。晶片組2090可選地可透過高效能介面2092與共處理器2038交換資訊。在一個實施例中，共處理器2038是專用處理器，諸如，舉例來說，高通量MIC處理器、網路或通訊處理器、壓縮引擎、圖形處理器、GPGPU、嵌入式處理器等等。

共用快取(未示出)可被包括在任一處理器中或在兩個處理器外部但仍經由P-P互連與該些處理器連接，使得若一處理器處於低電源模式時，任一處理器或兩個處理器的本地快取資訊可被儲存在共用快取中。

晶片組2090可透過介面2096被耦接到第一匯流排2016。在一個實施例中，第一匯流排2016可以是週邊組件互連(PCI)匯流排，或是諸如快速週邊組件互連(PCI Express)匯流排或另一第三代I/O互連匯流排的匯流排，僅 管本發明的範圍不限於此。

如圖20中所示，除了將第一匯流排2016耦接到第二匯流排2020的匯流排橋接器2018之外，各種I/O裝置2014可被耦接到第一匯流排2016。在一個實施例中，一或多個額外的處理器2015，諸如共處理器、高通量MIC處理器、GPGPU的加速器(例如，圖形加速器或數位信號處理(DSP)單元)、現場可編程閘陣列、或任何其他處理器等，被耦接到第一匯流排2016。在一個實施例中，第二匯流排2020可以是低接腳計數(low pin count,LPC)匯流排。在一個實施例中，各種裝置可被耦接到第二匯流排2020，包括，例如，鍵盤及/或滑鼠2022、通訊裝置2027及諸如磁碟機或其他大量儲存裝置的儲存單元2028，其可包括指令/碼及資料2030。此外，音訊I/O 2024可被耦接到第二匯流排2020。應注意的是，其他架構是可能的。舉例來說，取代圖20的點對點架構，系統可實現多點匯流排或其他此種架構。

現在參考圖21，所示為依據本發明之實施例的第二更具體的示例性系統2100的方塊圖。圖20及21中的相似元件具有相似的參考標號，並且圖21中省略了圖20的某些方面，以免模糊了圖21的其他方面。

圖21示出處理器2070、2080可分別包括積體記憶體及I/O控制邏輯(“CL”)2072及2082。因此，CL 2072、2082包括積體記憶體控制器單元且包括I/O控制邏輯。圖21示出不僅記憶體2032、2034耦接到CL 2072、 2082，還有I/O裝置2114耦接到控制邏輯2072、2082。傳統I/O裝置2115耦接到晶片組2090。

現在參考圖22，所示為依據本發明之實施例的SoC 2200的方塊圖。圖18中的相似元件具有相似的參考標號。同樣的，虛線框是更先進的SoC上的可選特徵。在圖22中，互連單元2202被耦接至：應用處理器2210，其包括含有快取單元1804A-N的一組一或多個核心1802A-N、以及共用快取單元1806；系統代理單元1810；匯流排控制器單元1816；積體記憶體控制器單元1814；一組或一或多個共處理器2220，其可包括積體圖形邏輯、影像處理器、音訊處理器、及視訊處理器；靜態隨機存取記憶體(SRAM)單元2230；直接記憶體存取(DMA)單元2232；以及用於耦接到一或多個外部顯示器的顯示單元2240。在一個實施例中，一或多個共處理器2220包括專用處理器，例如網路或通訊處理器、壓縮引擎、GPGPU、高通量MIC處理器、嵌入式處理器等等。

本文所揭示之手段的實施例可以硬體、軟體、韌體、或這些實施方法的組合來實施。本發明的實施例可被實施為電腦程式或者在可編程的系統上執行的程式碼，可編程的系統包括至少一個處理器、儲存系統(包括揮發性及非揮發性記憶體及/或儲存元件)、至少一個輸入裝置、及至少一個輸出裝置。

程式碼，例如圖20中所示的碼2030，可被應用到輸入指令，以執行本文所述的功能並且產生輸出資 訊。可以已知的方式將輸出資訊應用到一或多個輸出裝置。為了本申請的目的，處理系統包括具有例如：數位信號處理器(DSP)、微控制器、特殊應用積體電路(ASIC)、或微處理器等之處理器的任何系統。

程式碼可以高階程序或物件導向的程式語言實作，以與處理系統通訊。若有需要，程式碼亦可以組合語言或機器語言實作。事實上，本文所述之手段不侷限於任何特定的程式語言的範疇。在任何情況下，語言可以是經過編譯的或者經過解譯的語言。

至少一個實施例的一或多個態樣可由儲存在機器可讀取媒體上的代表指令實作，其代表處理器內的各種邏輯，當由機器讀取指令時，致使機器製造邏輯以執行本文所述之技術。被稱為「IP核心」的此種代表可被儲存在有形的、機器可讀取的媒體上，並且被提供給各種客戶或製造廠，以載入到實際製造邏輯或處理器的製造機器。

這種機器可讀取儲存媒體可包括，但不限於，由機器或裝置所製造或形成的物件的非暫態、有形的配置，包括儲存媒體，諸如硬碟、包括軟碟、光碟、唯讀光碟記憶體(CD-ROM)、可複寫光碟(CD-RW)、及磁性光碟之任何其他類型的碟片，半導體裝置諸如唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)諸如動態隨機存取記憶體(DRAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、可抹除可編成唯讀記憶體(EPROM)、快閃記憶體、電可擦除可編成唯讀記憶體(EEPROM)、相變記憶體(PCM)、磁性或光學卡、或 適合儲存電子指令的任何其他類型的媒體。

因此，本發明之實施例亦包括非暫態、有形的機器可讀取媒體，其包含指令或包含設計資料，諸如硬體描述語言(HDL)，其定義本文所述之結構、電路、設備、處理器及/或系統特徵。此種實施例亦可被稱為程式產品。

仿真(Emulation)(包括二進制轉譯、碼變形等等)

在一些情況中，指令轉換器可被用來將指令從來源指令集轉換成目標指令集。例如，指令轉換器可將指令轉譯(例如，使用靜態二進制轉譯、包括動態編譯的動態二進制轉譯)、變形(morph)、仿真、或者轉換成將由核心處理的一或多個其他指令。指令轉換器可以軟體、硬體、韌體、或其之組合來實作。指令轉換器可以在處理器上、處理器外、或者部分在處理器上且部分在處理器外。

圖23是依據本發明之實施例的對比使用軟體指令轉換器將來源指令集中的二進制指令轉換為目標指令集中的二進制指令的方塊圖。在示出的實施例中，指令轉換器是軟體指令轉換器，雖然指令轉換器可替代地以軟體、硬體、或其之各種組合實作。圖23顯示可使用x86編譯器2304來編譯高階語言2302的程式，以產生x86二進制碼2306，其可由具有至少一個x86指令集核心的處理器2316本機執行。具有至少一個x86指令集核心的處理器2316代表可實質上執行與具有至少一個x86指令集核心的 Intel處理器相同的功能的任何處理器，上述執行係藉由相容地執行或者處理(1)Intel x86指令集核心的指令集的大部分、或(2)目標運行在具有至少一個x86指令集核心之Intel處理器上的應用程式或其他軟體的目標碼版本，以便達到與具有至少一個x86指令集核心之Intel處理器實質上相同的結果。x86編譯器2304代表可操作以產生可在具有或不具有額外的鏈接處理的情況下在具有至少一個x86指令集核心的處理器2316上執行的x86二進制碼2306(例如，目標碼)的編譯器。相似地，圖23顯示可使用替代的指令集編譯器2308來編譯高階語言2302的程式，以產生替代的指令集二進制碼2310，其可由不具有至少一個x86指令集核心的處理器2314(例如，具有執行美國加州Sunnyvale的美普思科技公司(MIPS Technologies)的MIPS指令集及/或執行美國加州Sunnyvale的安謀控股公司(ARM Holdings)的ARM指令集的核心的處理器)本機執行。使用指令轉換器2312來將x86二進制碼2306轉換成可由不具有x86指令集核心的處理器2314本機執行的碼。此經轉換的碼不太可能與替代的指令集二進制碼2310一樣，因為很難製作能夠如此操作的指令轉換器；然而，經轉換的碼將完成一般的運算並且由來自替代的指令集的指令構成。因此，指令轉換器2312代表經由仿真、模擬或任何其他處理來允許不具有x86指令集處理器或核心的處理器或其他電子裝置執行x86二進制碼2306的軟體、韌體、硬體、或其之組合。

101:來源

103:來源

105:來源

107:目的地

Claims (15)

1. 一種裝置，包含：

   解碼器，用以解碼單一指令，該單一指令具有運算碼欄位和四個運算元欄位，該四個運算元欄位包括：

   第一運算元欄位，用以指示第一來源緊縮資料暫存器，該第一來源緊縮資料暫存器用以儲存第一來源緊縮資料元件，

   第二運算元欄位，用以指示第二來源緊縮資料暫存器，該第二來源緊縮資料暫存器用以儲存第二來源緊縮資料元件，

   第三運算元欄位，用以指示來源和目的地(來源/目的地)緊縮資料暫存器，該來源/目的地緊縮資料暫存器用以儲存第三來源緊縮資料元件和結果緊縮資料元件，以及

   第四運算元欄位，用以指示寫入遮罩暫存器，該寫入遮罩暫存器用以儲存複數個位元值以有條件地控制由該單一指令所指示的每個元件的運算；

   其中，該第一和第二來源緊縮資料元件是第一尺寸的資料元件，不同於該第三來源緊縮資料元件和該結果緊縮資料元件的第二尺寸；

   暫存器檔案，包括該第一來源緊縮資料暫存器、該第二來源緊縮資料暫存器和該來源/目的地緊縮資料暫存器；以及

   執行電路，用以執行該解碼後的單一指令以針對每個 結果緊縮資料元件：

   若該寫入遮罩暫存器中的相對應位元值被設為第一值，則保存該結果緊縮資料元件的現有值或將該結果緊縮資料元件設為零；以及

   若該寫入遮罩暫存器中的該相對應位元值被設為第二值，則：

   將第一數量的該第一來源緊縮資料元件與該第二來源緊縮資料元件的相對應緊縮資料元件相乘以產生第一數量的乘積，

   將該第一數量的乘積與來自該第三來源緊縮資料元件的相對應緊縮資料元件相加，以在該來源/目的地緊縮資料暫存器中的相對應位置產生該第二尺寸的該結果緊縮資料元件。
2. 如請求項1之裝置，其中該第一數量等於該第二尺寸除以該第一尺寸。
3. 如請求項1或2之裝置，其中該第一值包括0的值，以及該第二值包括1的值。
4. 如請求項1之裝置，其中該結果緊縮資料元件包括緊縮32位元浮點值。
5. 如請求項1之裝置，其中該第一尺寸和該第二尺寸係基於該運算碼值。
6. 如請求項1之裝置，其中該第一尺寸是該第二尺寸的一半或四分之一。
7. 如請求項1之裝置，其中該暫存器檔案還 包括該寫入遮罩暫存器。
8. 一種方法，包含：

   解碼單一指令，該單一指令具有運算碼欄位和四個運算元欄位，該四個運算元欄位包括：

   第一運算元欄位，用以指示第一來源緊縮資料暫存器，該第一來源緊縮資料暫存器用以儲存第一來源緊縮資料元件，

   第二運算元欄位，用以指示第二來源緊縮資料暫存器，該第二來源緊縮資料暫存器用以儲存第二來源緊縮資料元件，

   第三運算元欄位，用以指示來源和目的地(來源/目的地)緊縮資料暫存器，該來源/目的地緊縮資料暫存器用以儲存第三來源緊縮資料元件和結果緊縮資料元件，以及

   第四運算元欄位，用以指示寫入遮罩暫存器，該寫入遮罩暫存器用以儲存複數個位元值以有條件地控制由該單一指令所指示的每個元件的運算；

   其中，該第一和第二來源緊縮資料元件是第一尺寸的資料元件，不同於該第三來源緊縮資料元件和該結果緊縮資料元件的第二尺寸；

   執行該解碼後的單一指令以針對每個結果緊縮資料元件：

   若該寫入遮罩暫存器中的相對應位元值被設為第一值，則保存該結果緊縮資料元件的現有值或將該結果緊縮資料元件設為零；以及

   若該寫入遮罩暫存器中的該相對應位元值被設為第二值，則：

   將第一數量的該第一來源緊縮資料元件與該第二來源緊縮資料元件的相對應緊縮資料元件相乘以產生第一數量的乘積，

   將該第一數量的乘積與來自該第三來源緊縮資料元件的相對應緊縮資料元件相加，以在該來源/目的地緊縮資料暫存器中的相對應位置產生該第二尺寸的該結果緊縮資料元件。
9. 如請求項8之方法，其中該第一數量等於該第二尺寸除以該第一尺寸。
10. 如請求項8或9之方法，其中該第一值包括0的值，以及該第二值包括1的值。
11. 如請求項8之方法，其中該結果緊縮資料元件包括緊縮32位元浮點值。
12. 如請求項8之方法，其中該第一尺寸和該第二尺寸係基於該運算碼值。
13. 如請求項8之方法，其中該第一尺寸是該第二尺寸的一半或四分之一。
14. 一種電腦程式產品，包括指令，當由處理器執行該程式時，該些指令使該處理器執行如請求項8至13之任一項的方法。
15. 一種電腦可讀取儲存媒體，具有如請求項14之電腦程式產品儲存於其上。

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