Технологии macrofusion и micro-ops fusion

При декодировании инструкций в микроархитектуре Intel Core впервые были использованы технологии macrofusion и micro-ops fusion, которые используются и в микроархитектуре Sandy Bridge, с некоторыми усовершенствованиями.

Технология macrofusion призвана увеличить числа исполняемых за такт команд, и заключается в том, что ряд пар связанных между собой последовательностей Х86 инструкций, таких, например, как инструкция операции сравнения со следующей за ней инструкцией условного перехода, представляются одной микроинструкцией. Такая микроинструкция рассматривается планировщиком (scheduler) и выполняется на исполнительном устройстве как одна команда. Таким путем достигается как увеличение темпа исполнения кода, так и некоторая экономия энергии. Иллюстрация реализации технологии macrofusion на примере слияния инструкции сравнения и, следующей за ней, инструкции условного перехода приведена на рис.XI.6. На нём показано, как за один такт декодируются и поступают из очереди команд в блоки декодирования одновременно пять инструкций Х86. В случае возможности слияния двух команд (macrofusion), появляется фактическая возможность параллельной обработки не 4, а 5 инструкций за такт (единовременно может образовываться не более одной макрокоманды, образованной способом слияния).

Рис. XI.6 Иллюстрация реализации технологии macrofusion

В микроархитектуре Sandy Bridge расширен набор команд, для которых возможно слияние макроопераций. Кроме того, в микроархитектуре Intel Core слияние макроопераций не поддерживалось для 64-битного режима работы процессора, то есть технология macrofusion была реализована только в 32-битном режиме. В процессорах микроархитектур Nehalem и Sandy Bridge это узкое место устранено, и операции слияния работают как в 32-, так и 64-битном режиме работы процессора.

Суть технологии micro-ops fusion заключается в том, что если некоторая инструкция Х86 распадается на зависимые друг от друга микрокоманды, декодер осуществляет их привязку друг к другу. Такие последовательности микроинструкций, связанные технологией micro-ops fusion (микрослияния) для исполнения процессором в определенном порядке, представляются процессором на всех ступенях конвейера (кроме ступеней непосредственного исполнения) одной микрокомандой. Эта технология напоминает технологию SIMD, но используемую на уровне микрокоманд.

Заметим, кстати, что длина конвейера при микроархитектуре Sandy Bridge, как и при микроархитектуре Nehalem насчитывает 16 ступеней, тогда как длина конвейера при микроархитектуре Intel Core составляет 14 ступеней.