宏融合

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

基本介紹

• 中文名：宏融合
• 外文名：Macro-fusion
• 性質：提高x86處理器性能的技術
• 領域：計算機

原理

x86是典型的CISC架構。為了便於實現流水線和超標量，90年代中期以後的主流x86處理器均在前端使用解碼器將x86指令翻譯成類似RISC指令的微指令送入後端執行。一條x86指令將被解碼成一條或多條微指令。受解碼單元和執行單元數目限制，在同一時鐘周期內，前端能夠解碼的宏指令最大數量和後端能夠執行的微指令最大數量都是有限的固定值。宏融合將在程式中經常連續出現的若干條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，融合後的多條x86指令可以被解碼成一條微指令，從而也提高了後端執行的效率。據估計，運行典型的x86程式時，宏融合可以帶來約11%的性能提升。

目前，英特爾基於Core、Nehalem和Sandy Bridge微架構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技術。

可被宏融合的指令

在英特爾的實現中，特定的兩條連續x86指令可以被一個解碼單元在一個時鐘周期內解碼成一條微指令，因此4個解碼單元可在一個時鐘周期里解碼5條x86指令。這兩條x86指令中的第一條必須是影響標誌位的指令，如TEST或CMP；第二條必須是條件跳轉。這樣的組合在編譯器生成的代碼中非常常見，因此程式不需要重新編譯就可以獲得性能提升。

Core和Nehalem微架構只支持將TEST或CMP作為第一條指令。具體而言，當第一條指令是TEST時，第二條指令可以是任何的條件跳轉指令；而當第一條指令是CMP時，Core微架構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）時支持宏融合，但Nehalem微架構的處理器在第二條指令是JL（JNGE）、JGE（JNL）、JLE（JNG）、JG（JNLE）時也支持宏融合。

在Sandy Bridge微架構的處理器中，英特爾進一步拓展了宏融合的支持範圍。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。

限制

• 一個時鐘周期里最多只能完成一次宏融合。
• 第一條指令的兩個運算元中必須至少有一個暫存器，即不支持記憶體和立即數之間的比較。

以下限制僅適於用Core微架構的處理器

• 宏融合只支持32位程式，包括在64位作業系統下運行的32位程式。這也是某些程式的32位版本較其64位版本運行更快的原因之一。