SSE2

SSE2，全名为Streaming SIMD Extensions 2，是一种IA-32架构的SIMD（单一指令多重资料）指令集。SSE2是在 2001年随著Intel发表第一代Pentium 4处理器也一并推出的指令集。它延伸较早的SSE指令集，而且可以完全取代MMX指令集。在2004年，Intel 再度扩展了SSE2指令为 SSE3 指令集。与 70 条指令的 SSE 相比，SSE2新增了144条指令。在2003年，AMD也在发布AMD64的64位元处理器时跟进SSE2指令集。

SSE2的更动

SSE2延伸了MMX指令群使用XMM暂存器来运算，这能让开发人员完全避免让8个64位元MMX暂存器与原有的IA-32浮点运算暂存器共用。而这样子就能够不需要切换MMX与x87浮点运算的前提之下混合SIMD纯量与浮点向量运算。不过，这不会因为 SSE 的暂存器的精度提高而让运算结果的精度也提高。

而还有部分的SSE2指令集包含了一系列的CPU快取控制指令。当处理理论上无限的资料流，还有数字格式转换指令所产生出来的大量补数，能够使快取污染有效的降低。

AMD在AMD64架构上的SSE2再新增额外8个暂存器，把暂存器的量提升到16个（XMM0～XMM15）。这些额外的暂存器只有执行于64位元的模式下才能够使用。2004年，Intel也采用这些额外的暂存器于它的86-64（Intel64）架构。

x87浮点运算器与SSE2的差别

FPU的指令集（x87）通常在运算时使用80位元的精度。原始的FPU软体的演算法如果套用到SSE2，在数学运算上或是资料输入肯定会造成一些可测得的数值误差。这在科学运算上是很严重的问题，会导致在不同的架构上运算出互不相同的结果。而这问题很容易发生在编译器在解释一条包含好几项运算子（加减乘除）的数学式上。取决于使用哪种编译方式（与最佳化），计算过程中会产生不一样的中间值。而在FPU中这些中间值会从80位元截成64位。而当这被截掉的中间值拿来运算，最后的数值有可能会大不相同。下面使用G95编译的Fortran程式码就是其中一个例子。

program hi
real a,b,c,d
real x,y,z
a=.013
b=.027
c=.0937
d=.79
y=-a/b + (a/b+c)*EXP(d)
print *,y
z=(-a)/b + (a/b+c)*EXP(d)
print *,z
x=y-z
print *,x
end

编译成387浮点运算指令并且执行结果：

# g95 -o hi -mfpmath=387 -fzero -ftrace=full -fsloppy-char hi.for
# ./hi
0.78587145
0.7858714
5.9604645E-8

编译成SSE2指令并且执行结果：

# g95 -o hi -mfpmath=sse -msse2 -fzero -ftrace=full -fsloppy-char hi.for
# ./hi
0.78587145
0.78587145
0.

MMX与SSE2的差别

SSE2让MMX指令群使用XMM暂存器来运算。换句话说，现有的MMX指令码能够完全转换成SSE2。不过SSE2的暂存器是MMX暂存器的两倍大，回圈计数器与记忆体存取机制也会跟著修改来因应此变化。

而即使一个SSE2指令能够比MMX指令操作多两倍资料量，性能也并没有很明显的提升。有两个主要原因导致此现象：记忆体内部存取SSE2的资料并没有以16位元组的间隔对齐，这会造成明显的性能损失。还有在大多数的x86架构实作上SSE2的指令吞吐量是小于MMX的。Intel首先面对第一个问题的解决方案是在SSE3指令中新增一个指令，能够在处理未对齐的资料时减少Overhead。而第二个问题也在Core 微架构中将执行引擎加宽而解决。

支援的编译器

于2000年刚发布的时候，完全没有任何软体开发工具支援SSE2。例如，如果想要在Microsoft Developer Studio里面使用SSE2指令集，程式开发人员就要自己写 inline-assembly，或是从外部来源引入（import）目的码。后来发布了Visual C++ Processor Pack，才使Visual C++与MASM支援SSE2。

目前Intel官方版的Intel C++编译器能够在不用自行输入assembly而自动编译出SSE4/SSSE3/SSE3/SSE2/SSE的机器码，能够使程式开发人员专注于更高层的演算法开发，而不是组译阶段的指令集实作。自从Intel发表了 Intel C++ 编译器，它大量增加SSE2于Windows应用程式开发。

自从GCC 3推出，它能够自动生成SSE/SSE2纯量码。而SSE/SSE2的自动向量化也新增在GCC 4。

Sun Studio Compiler Suite在使用此-xvector=simd参数时也能够产生SSE2指令码。

Microsoft Visual C++ 2012 开始，在预设的情况下会启用用于生成SSE2指令的编译器选项。

支援SSE2指令集的处理器

• Athlon 64、Sempron 64、Turion 64等为主的AMD K8架构处理器
• Phenom、Phenom II、Athlon II等为主的AMD K10、AMD K10.5架构处理器
• Pentium 4、Xeon、Celeron、Celeron D等为主的Intel NetBurst架构的处理器
• Intel Pentium M与Celeron M
• Intel Core 2架构的处理器
• Intel Core i3、Core i5、Core i7等
• Atom
• Transmeta（全美达）Efficeon
• VIA（威盛）C7
• VIANano

不支援SSE2处理器的共同特点

SSE2是IA-32架构的延伸。所以目前所有不支援IA-32架构的其他架构一概不支援SSE2。由于x86-64架构的处理器是由IA-32延伸出来的，所有 x86-64架构的处理器也都支援SSE2指令集。而有些CPU并没有支援 SSE2，但是有其他的指令集可以提供与SSE2相似的功能。

下列的IA-32架构的处理器是在SSE2发表之后才开发的，但是并不支援SSE2指令集：

• 比Athlon64早推出的AMD处理器，包含了所有使用 Socket A 插槽的处理器。
• 比Pentium 4早推出的Intel处理器
• VIA的C3 处理器
• 全美达的Crusoe处理器
• Intel Quark

参见

• SSE
• SSE3
• SSSE3
• SSE4
• SIMD
• 3DNow!
• x86指令列表