Sandy Bridge架构技术解析之物理寄存器改进

  【天极网DIY硬件频道】Sandy Bridge之物理寄存器文件执行改进

  类似于AMD的推土机、山猫，Intel Sandy Bridge也使用了物理寄存器文件。Core 2、Nehalem架构中，每个微指令需要的每个操作数都有一份拷贝，这就意味着乱序执行硬件(调度器/重排序缓存/关联队列)必须要非常大，以便容纳微指令和相关数据。Core Duo时代是80-bit，加入SSE指令集后增至128-bit，现在又有了AVX指令集，按照趋势会翻番至256-bit。

   RPF在寄存器文件中存储微指令操作数，而微指令在乱序执行引擎中只会携带指向操作数的指针，而非数据本身。这就大大降低了乱序执行硬件的功耗(转移大量数据很费电的)，同时也减小了流水线的核心面积，数据流窗口也增大了三分之一。   核心面积的精简正是AVX指令(SNB最主要革新之一)集得以实现并保证良好性能的关键所在。以最小的核心面积代价，Intel将所有SIMD单元都转向了256-bit。

   AVX支持256-bit操作数，相当消耗晶体管与核心面积，而RPF的使用加大了乱序执行缓冲，能够很好地满足更高吞吐量的浮点引擎。

   Nehalem架构中有三个执行端口和三个执行单元堆栈：

   Sandy Bridge允许256-bit AVX指令借用128-bit的整数SIMD数据路径，这就使用最小的核心面积实现了双倍的浮点吞吐量，每个时钟可以进行两个256-bit AVX操作。另外执行硬件和路径的上位128-bit是受电源栅极(Power Gate)控制的，标准128-bit SSE操作不会因为256-bit扩展而增加功耗。

   AMD推土机架构对AVX的支持则有所不同，使用了两个128-bit SSE路径来合并成256-bit AVX操作，即使八核心(四模块)推土机的256-bit AVX吞吐量也要比四核心SNB少一半，不过实际影响完全取决于应用程序如何利用AVX。Sandy Bridge的峰值浮点性能翻了一番，这就对载入和存储单元提出了更高要求。Nehalem/Westmere架构中有三个载入和存储端口：载入、存储地址、存储数据。

   Sandy Bridge架构中载入和存储地址端口是对称的，都可以执行载入或者存储地址，载入带宽因此翻倍。Sandy Bridge的整数执行也有了改进，只是比较有限。ADC指令吞吐量翻番，乘法运算可加速25%。