مجموعة تعليمات FMA

مجموعة تعليمات FMA هي امتداد لتعليمات Streaming SIMD Extensions ذات 128 و256 بت في مجموعة تعليمات المعالج الدقيق x86 لتنفيذ عمليات الضرب والجمع المدمجة (FMA). ^{[ 1 ]} يوجد نوعان منها:

• يدعم معالج AMD تقنية FMA4 بدءًا من معمارية Bulldozer . وقد تم تنفيذ FMA4 في الأجهزة قبل FMA3. تم إيقاف دعم FMA4 منذ معمارية Zen 1. ^{[ 2 ]}
• يدعم معالج AMD تقنية FMA3 بدءًا من بنية Piledriver ، بينما يدعمها معالج Intel بدءًا من معالجات Haswell و Broadwell منذ عام 2014.

تتشابه تعليمات FMA3 وFMA4 في وظائفها تقريبًا، لكنها غير متوافقة. تحتوي كلتاهما على تعليمات الضرب والجمع المدمجة (FMA) لعمليات الأعداد العشرية العددية وعمليات SIMD ، إلا أن تعليمات FMA3 تحتوي على ثلاثة معاملات، بينما تحتوي تعليمات FMA4 على أربعة. تأخذ عملية FMA الشكل d = round( a · b + c )، حيث تقوم دالة round بتقريب الناتج ليناسب سجل الوجهة إذا كان عدد البتات المهمة كبيرًا جدًا بحيث لا يتسع في سجل الوجهة.

يسمح نموذج المعاملات الأربعة (FMA4) بأن تكون a و b و c و d أربعة سجلات مختلفة، بينما يتطلب نموذج المعاملات الثلاثة (FMA3) أن يكون d هو نفس السجل الذي يمثله a أو b أو c . يُسهّل نموذج المعاملات الثلاثة كتابة الكود ويُبسّط تنفيذه على مستوى الأجهزة، بينما يوفر نموذج المعاملات الأربعة مرونة برمجية أكبر.

راجع مجموعة تعليمات XOP لمزيد من المناقشة حول مشكلات التوافق بين Intel و AMD.

يعود عدم التوافق بين معالج Intel FMA3 ومعالج AMD FMA4 إلى تغيير الشركتين لخططهما دون تنسيق تفاصيل البرمجة بينهما. فقد غيّرت AMD خططها من FMA3 إلى FMA4، بينما غيّرت Intel خططها من FMA4 إلى FMA3 في نفس الوقت تقريبًا. ويمكن تلخيص القصة كما يلي:

• أغسطس 2007: أعلنت شركة AMD عن مجموعة تعليمات SSE5 ، التي تتضمن تعليمات FMA بثلاثة معاملات. كما تم تقديم نظام ترميز جديد (DREX) يسمح للتعليمات بأن تحتوي على ثلاثة معاملات. ^{[ 13 ]}
• أبريل 2008: أعلنت إنتل عن مجموعتي تعليمات AVX وFMA، بما في ذلك تعليمات FMA ذات 4 معاملات. تستخدم هذه التعليمات نظام ترميز VEX الجديد، ^{[ 14 ]} وهو أكثر مرونة من نظام DREX الخاص بشركة AMD.
• ديسمبر 2008: قامت شركة إنتل بتغيير مواصفات تعليمات FMA الخاصة بها من تعليمات ذات 4 معاملات إلى تعليمات ذات 3 معاملات. ولا يزال نظام ترميز VEX مستخدمًا. ^{[ 15 ]}
• مايو 2009: قامت شركة AMD بتغيير مواصفات تعليمات FMA الخاصة بها من صيغة DREX ذات 3 معاملات إلى صيغة VEX ذات 4 معاملات، بما يتوافق مع مواصفات Intel الصادرة في أبريل 2008 بدلاً من مواصفات Intel الصادرة في ديسمبر 2008. ^{[ 16 ]}
• أكتوبر 2011: معالج AMD Bulldozer يدعم FMA4. ^{[ 17 ]}
• يناير 2012: أعلنت شركة AMD عن دعم تقنية FMA3 في معالجات مستقبلية تحمل الاسم الرمزي Trinity وVishera؛ وهي مبنية على معمارية Piledriver . ^{[ 18 ]}
• مايو 2012: يدعم معالج AMD Piledriver كلاً من FMA3 و FMA4. ^{[ 17 ]}
• يونيو 2013: معالج Intel Haswell يدعم FMA3. ^{[ 19 ]}
• فبراير 2017: يدعم الجيل الأول من معالجات AMD Ryzen رسميًا FMA3، لكنه لا يدعم FMA4 وفقًا لتعليمات CPUID . ^{[ 2 ]} وقد ساد الارتباك حول ما إذا كان FMA4 مُطبقًا أم لا على هذا المعالج بسبب أخطاء في التصحيح الأولي لحزمة GNU Binutils، والتي تم تصحيحها لاحقًا. ^{[ 20 ] [ 21 ]} وأثار تقرير غير مؤكد عن نتائج خاطئة ^{[ 9 ]} بعض الشكوك، لكن Mysticial (ألكسندر يي، مطور y-cruncher) فنّد ذلك: ^{[ 22 ]} فقد عمل FMA4 بنجاح مع حسابات الأعداد الكبيرة الدقيقة على نظام Zen 1 الخاص به لسنوات، ولم يخضع التقرير المنشور على Reddit لأي تحقيق لاحق لاستبعاد وجود أخطاء في برنامج الاختبار قبل انتشاره على نطاق واسع. كان من الممكن أن تتعطل معالجات Ryzen الأولية بسبب تسلسل معين من تعليمات FMA3، لكن تحديث الشفرة الدقيقة للمعالج يُصلح هذه المشكلة. ^{[ 23 ]}
• يوليو 2019: معالجات AMD Zen 2 والإصدارات الأحدث من Ryzen لا تدعم FMA4 إطلاقًا. ^{[ 24 ]} وهي لا تزال تدعم FMA3. فقط معالجات Zen 1 وZen+ تدعم FMA4 بشكل غير رسمي.

توفر المترجمات المختلفة مستويات دعم مختلفة لتقنية FMA:

• يدعم GCC FMA4 مع -mfma4 منذ الإصدار 4.5.0 ^{[ 25 ]} وFMA3 مع -mfma منذ الإصدار 4.7.0.
• يدعم Microsoft Visual C++ 2010 SP1 تعليمات FMA4. ^{[ 26 ]}
• يدعم Microsoft Visual C++ 2012 تعليمات FMA3 (إذا كان المعالج يدعم أيضًا امتداد مجموعة تعليمات AVX2).
• مايكروسوفت فيجوال سي++ منذ إصدار VC 2013
• يدعم PathScale FMA4 مع -mfma. ^{[ 27 ]}
• يُضيف LLVM 3.1 دعم FMA4، ^{[ 28 ]} بالإضافة إلى دعم FMA3 مبدئي. ^{[ 29 ]}
• يضيف Open64 5.0 "دعمًا محدودًا".
• لا تدعم مُجمّعات Intel إلا تعليمات FMA3. ^{[ 25 ]}
• يدعم برنامج NASM تعليمات FMA3 منذ الإصدار 2.03 وتعليمات FMA4 منذ الإصدار 2.06.
• يدعم برنامج FASM كلاً من تعليمات FMA3 و FMA4.