SSE4

英特尔开发的技术

SSE4指令集的英文全称是：Streaming SIMD Extensions 4，是英特尔自从SSE2之后对ISA扩展指令集最大的一次的升级扩展。新指令集增强了从多媒体应用到高性能计算应用领域的性能，同时还利用一些专用电路实现对于特定应用加速。

简介

实际上，SSE4指令集并不能完全说是一个独立的新技术，因为它是集成在2008年发布的英特尔酷睿2代45纳米处理器之中，这一代处理器集成了SSE4.1指令集，之后的Nehalem架构及更新工艺的处理器则集成了SSE4.2指令集，故SSE4指令集实际包括SSE4.1和SSE4.2指令集，该指令集可以说是处理器众多新技术之一。但之所以将其单独拿出来为大家解析，主要是考虑到随着人们生活水平的提高，大家对于高清视频播放和解压的要求也越来越高。因此在本页中，编辑将详细为大家介绍SSE4指令集的特点，并加以相应的测试。

发展史

首先还是让我们回顾一下英特尔处理器集成指令的历史，之后再引出SSE4指令集的诞生。自英特尔奔腾MMX处理器开始，处理器新加入了SIMD（Single Instruction Multiple Data）多媒体指令集。该指令集可以把多批次的指令组编辑成为一条单一的指令，从而达到提升数据处理的能力。集成MMX指令的奔腾处理器主要用作提升多媒体数据的处理能力，共有57条指令。

后来，英特尔于1999年发布了基于MMX指令的SSE指令集，全名Streaming SIMD Extensions。首颗支持SSE产品Pentium III处理器，除新增70条指令之外，还进一步提升了多媒体数据的处理能力，最重要的是解决了MMX指令与浮点指令不能同时处理的问题。而随后在2001年发布的SSE2指令集，又在原来的基础上增加了144条新指令。其中除了主要负责64位双精度浮点数及整型运算和对Cache控制延迟降低两部分之外，更重要的是完全解决了SSE指令集需要占用浮点数据暂存器问题。

时间前进至2004年，以Prescott为核心的英特尔奔腾4处理器加入了SSE3指令集，新增指令仅13条，主要是对水平式暂存器整数的运算，可对多笔数值同时进行加法或减法运算，令处理器能大量执行DSP及3D性质的运算。此外， SSE3更针对多线程应用进行最佳化，使处理器原有的Hyper-Theading功能获得更佳的发挥。

2005年后，作为SSE3指令集的补充版本，SSSE3出现在我们已经相对比较熟悉的酷睿微架构处理器中，新增有16条指令，进一步增强CPU在多媒体、图形图像和Internet等方面的处理能力。而英特尔方面本来是计划将该16条指令收录在后来的SSE4指令集中，但考虑到当时硬件升级速度的大幅提升，最终决定提早加入至酷睿微架构产品中。故早期的SSE4容易与SSSE3混淆，包括老一代CPU-Z均将SSSE3直接认定为SSE4，但实际上真正的新SSE4指令集出现在2008年发布的新一代45nmCore 2处理器上，即第一版SSE4.1。

产生背景

接下来就是我们本页的主角SSE4指令集了。正如之前业界所盛传的那样，SSE4指令集被视为自2001年以来最重要的媒体指令集架构改进。除了将延续多年的32位架构升级至64位之外，还加入了图形、视频编码、处理、三维成像及游戏应用等众多指令，使得处理器在音频、图像、数据压缩算法等多方面性能大幅度提升。

版本

不过与以往不同，英特尔将SSE4分为了4.1和4.2两个版本，因此45纳米Penryn核心处理器中，只集成了SSE4.1版本。而SSE4.2指令集则在新一代Nehalem架构处理器上为我们带出。那么新的SSE 4.1指令集拥有哪些特别之处呢？一起来看看吧！

SSE4.1版本的指令集新增加了47条指令，主要针对向量绘图运算、3D游戏加速、视频编码加速及协同处理的加速。英特尔方面指出，在应用SSE4指令集后，45纳米Penryn核心额外提供了2个不同的32位向量整数乘法运算支持，并且在此基础上还引入了8位无符号最小值和最大值以及16位、32位有符号和无符号的运算，能够有效地改善编译器编译效率，同时提高向量化整数和单精度运算地能力。另外，SSE4.1还改良了插入、提取、寻找、离散、跨步负载及存储等动作，保证了向量运算地专一化。

SSE4.1还加入了6条浮点型运算指令，支援单、双精度地浮点运算及浮点产生操作。其中IEEE 754指令可实现立即转换运算路径模式，大大减少延迟，保证数据运算通道的畅通。而这些改变，对于进行3D游戏和相关的图形制作是具有相当深远的意义。除此之外，SSE4.1指令集还加入了串流式负载指令，可提高图形帧缓冲区的读取数据频宽，理论上可获取完整的缓存行，即单次性读取64位而非原来的8位，并可保持在临时缓冲区内让指令最多带来8倍的读取频宽效能提升。对于图形处理器与中央处理器之间的数据共享起到重要作用。

SSE4.2则是在新一代Nehalem架构基于Core微架构的SSE4.1指令集上，新增的7组指令，有别于SSE4.1主要针对加快处理器的多媒体处理，例如图形显示、视频编码及处理、3D图像处理、计算机游戏等，SSE4.2主要针对字符串和文本处理指令应用。SSE4.2指令集可再细分为STTNI及ATA2个组别；STTNI主要是加速字符串及文本处理，例如XML应用进行高速查找及对比，相较以软件运算，SSE4.2提供约3.8倍的速度，提升及节省2.7倍指令周期，对服务器应用有显著效能改善。

完整的SSE4指令集已同时被2011年底AMD新推出的推土机架构处理器兼容支持。

软件特点

SSE4的两个子集（SSE4.1和SSE4.2）共包含54条指令，主要分为两类：矢量化编译器和媒体加速器，以及高效加速字符串和文本处理。

矢量化编译器

矢量化编译器和媒体加速器可提供高性能的编译器函数库，如封包（同时使用多个操作数）整数运算和浮点运算，可生成性能优化型代码。此外，它还包括高度优化的媒体相关运算，如绝对差值求和、浮点点积和内存负载等。矢量化编译器和媒体加速器指令可改进音频、视频和图像编辑应用、视频编码器、3D应用和游戏的性能。

媒体加速器

高效加速字符串和文本处理包含多个压缩字符串比较指令，允许同时运行多项比较和搜索操作。由此受益的应用包括数据库和数据采掘应用，以及那些利用病毒扫描和编译器等分析、搜索和模式匹配算法的应用。

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