[科普中國(guó)]-宏融合

宏融合（Macro-fusion或Macro-ops fusion）是一項(xiàng)旨在提高x86處理器性能的技術(shù)。支持宏融合的處理器可令多條（通常為兩條）x86指令融合為一條執(zhí)行，從而提高了處理器的吞吐率。

原理x86是典型的CISC架構(gòu)。為了便于實(shí)現(xiàn)流水線和超標(biāo)量，90年代中期以后的主流x86處理器均在前端使用解碼器將x86指令翻譯成類似RISC指令的微指令送入后端執(zhí)行。一條x86指令將被解碼成一條或多條微指令。受解碼單元和執(zhí)行單元數(shù)目限制，在同一時(shí)鐘周期內(nèi)，前端能夠解碼的宏指令最大數(shù)量和后端能夠執(zhí)行的微指令最大數(shù)量都是有限的固定值。宏融合將在程序中經(jīng)常連續(xù)出現(xiàn)的若干條x86指令在解碼前融合成一條，從而提高了解碼器的效率；同時(shí)，融合后的多條x86指令可以被解碼成一條微指令，從而也提高了后端執(zhí)行的效率。據(jù)估計(jì)，運(yùn)行典型的x86程序時(shí)，宏融合可以帶來(lái)約11%的性能提升。

目前，英特爾基于Core、Nehalem和Sandy Bridge微架構(gòu)的處理器和威盛凌瓏處理器均支持宏融合，而超微(AMD)的處理器尚不支持這項(xiàng)技術(shù)。1

可被宏融合的指令在英特爾的實(shí)現(xiàn)中，特定的兩條連續(xù)x86指令可以被一個(gè)解碼單元在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)解碼成一條微指令，因此4個(gè)解碼單元可在一個(gè)時(shí)鐘周期里解碼5條x86指令。這兩條x86指令中的第一條必須是影響標(biāo)志位的指令，如TEST或CMP；第二條必須是條件跳轉(zhuǎn)。這樣的組合在編譯器生成的代碼中非常常見(jiàn)，因此程序不需要重新編譯就可以獲得性能提升。

Core和Nehalem微架構(gòu)只支持將TEST或CMP作為第一條指令。具體而言，當(dāng)?shù)谝粭l指令是TEST時(shí)，第二條指令可以是任何的條件跳轉(zhuǎn)指令；而當(dāng)?shù)谝粭l指令是CMP時(shí)，Core微架構(gòu)的處理器僅在第二條指令是JA（JNBE）、JAE（JNB、JNC）、JE（JZ）、JNA（JBE）JNAE（JC、JB）或JNE（JNZ）時(shí)支持宏融合，但Nehalem微架構(gòu)的處理器在第二條指令是JL（JNGE）、JGE（JNL）、JLE（JNG）、JG（JNLE）時(shí)也支持宏融合。

在Sandy Bridge微架構(gòu)的處理器中，英特爾進(jìn)一步拓展了宏融合的支持范圍。例如，除TEST和CMP外，ADD和SUB等作為第一條指令也可以參與宏融合。1

限制一個(gè)時(shí)鐘周期里最多只能完成一次宏融合。

第一條指令的兩個(gè)操作數(shù)中必須至少有一個(gè)寄存器，即不支持內(nèi)存和立即數(shù)之間的比較。

以下限制僅適于用Core微架構(gòu)的處理器

宏融合只支持32位程序，包括在64位操作系統(tǒng)下運(yùn)行的32位程序。這也是某些程序的32位版本較其64位版本運(yùn)行更快的原因之一。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟(jì)大學(xué)