SIMD ( — одиночный поток команд, множественный поток данных, ОКМД) — принцип компьютерных вычислений, позволяющий обеспечить параллелизм на уровне данных. Один из классов вычислительных систем в классификации Флинна.
SIMD-компьютеры состоят из одного командного процессора (управляющего модуля), называемого контроллером, и нескольких модулей обработки данных, называемых процессорными элементами. Управляющий модуль принимает, анализирует и выполняет команды. Если в команде встречаются данные, контроллер рассылает на все процессорные элементы команду, и эта команда выполняется на нескольких или на всех процессорных элементах. Каждый процессорный элемент имеет свою собственную память для хранения данных. Одним из преимуществ данной архитектуры считается то, что в этом случае более эффективно реализована логика вычислений. До половины логических инструкций обычного процессора связано с управлением выполнением машинных команд, а остальная их часть относится к работе с внутренней памятью процессора и выполнению арифметических операций. В SIMD-компьютере управление выполняется контроллером, а «арифметика» отдана процессорным элементам.
Векторные процессоры также использовали принцип SIMD, одной командой могли обрабатываться векторы размером до нескольких тысяч элементов.
SIMD-расширения различных архитектур
Короткие SIMD инструкции (64 или 128 бит) стали появляться в процессорах общего назначения в 1990-х годах. В разной степени следующие процессорные архитектуры поддерживают SIMD-расширения или SIMD-инструкции:
DEC Alpha — Motion Video Instructions (MVI) IBM PowerPC: AltiVec, SPE HP's PA-RISC Multimedia Acceleration eXtensions (MAX) Intel: MMX, iwMMXt, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.x, AVX, AVX2 AMD: 3DNow! ARC: ARC Video subsystem SPARC: VIS, VIS2 Sun: MAJC ARM: NEON MIPS: MDMX (MaDMaX), MIPS-3D RISC-V: P-extension
Группа из IBM, Sony, Toshiba совместно разработала для процессора Cell Processor сопроцессор SPU, набор команд которого в значительной степени использовал SIMD. NXP (Philips) разработала несколько SIMD-процессоров Xetal, в котором имелось 320 процессорных элементов, работавших с 16-битными данными.
Современные видеоускорители (GPU) обычно основаны на SIMD-архитектуре с поддержкой векторов длины 128, 256 или более бит.
Расширение Advanced Vector Extensions компании Intel предоставляет набор SIMD-инструкций для обработки данных в формате с плавающей запятой в группах длиной 256 бит. Сопроцессоры Intel MIC включают в себя 512-битный набор инструкций.
x86-совместимые процессоры
MMX (англ. Multimedia Extensions) — коммерческое название набора SIMD-команд Intel, предназначенного для ускорения кодирования/декодирования аудио- и видеоданных и впервые представленного 8 января 1997 года в процессорах Intel Pentium MMX. MMX Extended — расширенный набор команд MMX, используемый в процессорах AMD и Cyrix. 3DNow! — расширение набора команд MMX процессоров AMD, начиная с AMD K6-2. 3DNow! Extended — расширение набора команд 3DNow! процессоров AMD, начиная с AMD Athlon. SSE (англ. Streaming SIMD Extensions) — набор 128-битных SIMD-команд Intel, впервые представленный в процессорах серии Intel Pentium III. SSE2 — вторая версия набора SSE-команд Intel, впервые представленная в процессорах серии Intel Pentium 4. SSE3 — третья версия набора SSE-команд Intel, впервые представленная 2 февраля 2004 года в процессорах Intel Pentium 4 на ядре Prescott. SSSE3 — четвертая версия набора SSE-команд Intel, используемая в процессорах Intel Core 2 Duo. SSE4 — пятая версия набора SSE-команд Intel, анонсированная 27 сентября 2006 года и представленная в 2007 году в процессорах архитектуры Penryn. AVX (англ. Advanced Vector Extensions) — набор 256-битных SIMD-команд Intel, впервые представленный в 2010 году в процессорах архитектуры Sandy Bridge. AVX2 AVX512 — расширение системы команд при помощи кодировки с префиксом EVEX.
См. также Таксономия Флинна Система команд Список систем команд Архитектура набора команд Расширения архитектуры x86
Категория:Архитектура компьютеров Категория:Параллельные вычислительные системы