FMA

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

FMA (англ. Fused Multiply-Add, умножение-сложение с однократным округлением) — это набор опциональных 128- и 256-битных SIMD-инструкций для архитектур x86 и x86-64, предназначенный для выполнения операции умножения-сложения над числами в формате с плавающей запятой.

Существует два варианта расширений, добавляющих инструкции FMA:

  • FMA4 поддерживается процессорами AMD начиная с архитектуры Bulldozer. FMA4 было реализовано ранее FMA3.
  • FMA3 поддерживается процессорами Intel начиная с архитектуры Haswell и процессорами AMD начиная с архитектуры Piledriver.

Особенности[править | править код]

У инструкций FMA3 и FMA4 почти идентичная функциональность, но они не являются совместимыми. Обе содержат SIMD-инструкции умножения-сложения для чисел с плавающей точкой. Их поддержка в компиляторах займёт некоторое время.

Проблема совместимости[править | править код]

Разница между FMA3 и FMA4 заключается в том, сколько различных операндов есть у инструкции — 3 или 4. Операция FMA имеет вид:

Форма с 4 операндами (FMA4) позволяет a, b, c и d находиться в разных регистрах, тогда как форма с 3 операндами (FMA3) требует, чтобы d находился в одном из тех регистров, в которых находится a, b или c. Форма с 3 операндами делает код короче, а также её проще реализовать аппаратно, тогда как форма с 4 операндами обеспечивает большую гибкость программирования.

FMA3[править | править код]

Процессоры с поддержкой FMA3[править | править код]

  • Intel
    • Intel представила аппаратную реализацию FMA3 в процессорах, основанных на архитектуре Haswell в 2013 году.
  • AMD
    • Процессоры AMD получили поддержку FMA3 в архитектуре Piledriver в 2012 году.[1][2].

Новые инструкции FMA3[править | править код]

Инструкция Операнды Операция
VFMADD132PDy ymm, ymm, ymm/m256 a = a·c + b
VFMADD132PSy
VFMADD132PDx xmm, xmm, xmm/m128
VFMADD132PSx
VFMADD132SD xmm, xmm, xmm/m64
VFMADD132SS xmm, xmm, xmm/m32
VFMADD213PDy ymm, ymm, ymm/m256 a = b·a + c
VFMADD213PSy
VFMADD213PDx xmm, xmm, xmm/m128
VFMADD213PSx
VFMADD213SD xmm, xmm, xmm/m64
VFMADD213SS xmm, xmm, xmm/m32
VFMADD231PDy ymm, ymm, ymm/m256 a = b·c + a
VFMADD231PSy
VFMADD231PDx xmm, xmm, xmm/m128
VFMADD231PSx
VFMADD231SD xmm, xmm, xmm/m64
VFMADD231SS xmm, xmm, xmm/m32

FMA4[править | править код]

Процессоры с поддержкой FMA4[править | править код]

  • AMD
    • AMD впервые реализовала поддержку FMA4 в процессорах архитектуры Bulldozer, которые были представлены в октябре 2011[3], поддержку FMA4 имеет также архитектура Piledriver[4].
    • Начиная с микроархитектуры Zen (2017, бренды Ryzen, EPYC) AMD прекратило поддержку FMA4[5][6]
  • Intel
    • На 2013 год процессоры Intel не поддерживают FMA4, и неизвестно, будет ли Intel поддерживать FMA4 в будущем.

Новые инструкции FMA4[править | править код]

Инструкция Операнды Операция
VFMADDPDx xmm, xmm, xmm/m128, xmm/m128 a = b·c + d
VFMADDPDy ymm, ymm, ymm/m256, ymm/m256
VFMADDPSx xmm, xmm, xmm/m128, xmm/m128
VFMADDPSy ymm, ymm, ymm/m256, ymm/m256
VFMADDSD xmm, xmm, xmm/m64, xmm/m64
VFMADDSS xmm, xmm, xmm/m32, xmm/m32

История[править | править код]

Несовместимость между FMA3 от Intel и FMA4 от AMD вызвана тем, что обе компании изменили свои планы без согласования деталей кодирования друг с другом. AMD изменила планы от FMA3 в сторону FMA4, тогда как Intel — от FMA4 в сторону FMA3, практически единовременно.

Поддержка компиляторами[править | править код]

Различные компиляторы предлагают различный уровень поддержки FMA.

  • GCC 4.5.0 поддерживает FMA4 с -mfma4[7],
  • GCC 4.7.0 также поддерживает FMA3 с -mfma.
  • Microsoft Visual C++ 2010 SP1 поддерживает FMA4.[8]
  • Microsoft Visual C++ 2012 поддерживает FMA3.
  • PathScale поддерживает FMA4 с -mfma.
  • Open64 5.0 имеет «ограниченную поддержку».
  • AMD x86 Open64 Compiler Suite поддерживает FMA3 и FMA4, начиная с версии 4.5.2[9].
  • Компиляторы Intel поддерживают только FMA3.

Поддержка в ассемблерах:

  • NASM получил поддержку FMA3 в версии 2.03 и FMA4 — в версии 2.06.
  • YAsm поддерживает FMA3 и FMA4, начиная с версии 1.1.0.
  • FASM поддерживает и FMA3, и FMA4.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Striking a balance. Dave Christie, AMD Developer blogs (May 7, 2009). Проверено 8 мая 2009. (недоступная ссылка)
  2. Maffeo, Robin AMD и the Visual Studio 11 Beta. AMD. Проверено 8 декабря 2013. (недоступная ссылка)
  3. Руководство программиста по архитектуре AMD64. Том 6. 128-битные и 256-битные инструкции XOP, FMA4 и CVT16 (англ.). AMD (May 1, 2009).
  4. Новые инструкции в "Bulldozer" and "Piledriver". Шаг вперёд для разработки высокопроизводительного ПО (англ.). AMD (October 2012).
  5. [1] "But with Zen being a clean-sheet design, there are some instruction set extensions found in Bulldozer processors not found in Zen/znver1. Those no longer present include FMA4 and XOP."
  6. https://sourceware.org/ml/binutils/2015-03/msg00078.html
  7. Вышел GCC 4.5 (недоступная ссылка — история). Проверено 7 декабря 2013. Архивировано 13 декабря 2013 года.
  8. Встроенные объекты FMA4, добавленные в Visual Studio 2010 с пакетом обновления 1 (SP1).
  9. Новое в x86 Open64 Compiler Suite v4.5.2. Архивировано 13 ноября 2013 года.

Ссылки[править | править код]