AMD推土机FX处理器最新架构解析

2007年8月，AMD抢先宣布了SSE5指令集（之前从SSE到SSE4均为Intel制定），当时表示该指令集将于2009年推出的Bulldozer处理器中采用。但Intel随即表示，不会支持SSE5。转而在2008年3月，Intel宣布了Sandy Bridge微架构（Intel Tick-Tock策略：45nm Nehalem - 32nm Westmere - 32nm Sandy Bridge），其中将引入全新的AVX指令集。4月份，Intel公布了AVX指令集规范，随后开始不断进行更新。迫于竞争压力，AMD不得不选择支持Intel提出的AVX（高级矢量扩展）指令集，同时采用AVX架构重新改写AMD的SSE5指令集，重定义为XOP（eXtended Operations指令扩展），CVT16（半精度浮点转换）以及FMA4（4操作数乘加）。

正是由于指令集方面的变动，AMD付出了惨重代价的，最终导致了Bulldozer处理器推迟了数年之久。根据AMD的高级架构师Dave Christie的说法，AMD在2007年宣布的SSE5指令集主要包括以下几项革新：3操作数指令甚至4操作数指令，置换与条件移动指令，乘加指令以及其他一系列解决现有SSE指令集缺陷的新指令。

而Intel在2008年4月公布的AVX指令集中，同样包含了SSE5指令集的多项新特性，包括3操作数指令/4操作数指令支持，乘加指令以及部分置换指令等，但实现形式与SSE5不同。并且，AVX指令集还加入了一些SSE5中没有的新特性：SIMD浮点指令长度加倍，为旧版SSE指令增加3操作数指令支持，为未来的指令扩展预留大量OpCode空间等。

由于SSE5和AVX指令集功能类似，并且AVX包含更多的优秀特性，因此AMD决定支持AVX指令集，避免让软件开发者因为要面对两套不同指令集而徒增开发难度。

不过，由于AVX指令集的制定权在Intel手中，未来还可能进行修改。AMD只能保证，其首款支持AVX指令集产品支持目前的最新版本：2009年1月发布的AVX第五版规范。并且，FMA乘加指令只支持到2008年8月的AVX第三版规范。

再来看FMA的问题。AMD此前在SSE5中就对FMA乘加指令进行了深入的开发，而Intel在2008年12月对AVX中的该指令定义进行了大幅度修改，仅支持3操作数乘加。AMD对此并不赞同，因此将保留旧版定义，并将其重新命名为FMA4（4操作数乘加）。在应用初期，AMD处理器中支持的FMA4将和Intel处理器FMA指令拥有不同的CPUID标签。而未来AMD也准备支持Intel的新版FMA定义，让其和FMA4并存。

和FMA的分歧类似，SSE5中还有一些和AVX并不包含的指令功能。AMD当然不舍得全盘放弃SSE5，因此将其中的特色功能采用AVX的指令架构重新定义，命名为XOP指令集扩展。

XOP保留的原SSE5指令包括：

Horizontal integer add/subtract水平整数加减

Integer multiply/accumulate整数乘加

Shift/rotate with per-element counts矢量元素转移/旋转

Integer compare整数比较

Byte permute置换

Bit-wise conditional move条件转移

Fraction extract片段提取

Half-precision convert半精度转换

简单来说，未来的AMD处理器将支持：

1. Intel的AVX指令集（FMA指令为低版本）。

2. XOP指令集扩展：即SSE5指令集中不被AVX包含的部分，采用AVX架构重写。

3. FMA4指令，未来可能兼容Intel的新版FMA指令。

AMD表示，支持这些新版指令的AMD64 SimNow！模拟器已经推出。2011年的Bulldozer是首款支持这批新指令集的AMD处理器。

当然这并不意味着AMD将会放弃SSE5，Christie 表示SSE5指令：“是和软件开发商们经过数月的讨论共同推出的，是基于他们的需求推出的。”因此SSE5指令中未在AVX出现的新功能，将会在AMD新的XOP、CVT16以及FMA4 等指令集中看到。