AVX指令集

高级向量扩展指令集（，简称AVX）是x86架构微处理器中的SIMD扩展指令集，由英特尔在2008年3月提出，并在2011年第一季度发布的Sandy Bridge系列处理器中首次支持。AMD在随后的2011年第三季度发布的Bulldozer系列处理器中开始支持AVX。AVX指令集提供了新的特性、指令和编码方案。

AVX是X86指令集的SSE延伸架構，如IA16至IA32般的把暫存器XMM 128bit提升至YMM 256bit，以增加一倍的運算效率。此架構支持了三運算指令（3-Operand Instructions），減少在編碼上需要先複製才能運算的動作。在微碼部分使用了LES LDS這兩少用的指令作為延伸指令Prefix。

AVX2指令集将大多数整数命令操作扩展到256位，并引入了熔合乘法累积（FMA）运算。它们由Intel在2013年发布的Haswell微架构中首次支持。

则使用新的编码将AVX指令进一步扩展到512位，由Intel在2016年发布的Knights Landing协处理器中首次支持。Intel Xeon Scalable處理器支援AVX-512。

介绍
AVX使用十六个YMM寄存器，通过单条指令对多组数据执行操作（参见 SIMD）。每个YMM寄存器可同时存储并对以下数据进行并行运算：  

• 八个 32 位单精度浮点数；或  
• 四个 64 位双精度浮点数。  

SIMD 寄存器的宽度从128位扩展至256位，并将XMM0~XMM7重命名为YMM0~YMM7（在x86-64模式下，则为XMM0~XMM15重命名为YMM0~YMM15）。因此传统的SSE指令仍可通过VEX前缀操作于YMM寄存器的低 128 位。

AVX 引入了一种名为VEX编码方案的三操作数SIMD指令格式，其中目标寄存器与两个源操作数不同。例如，原本采用传统双操作数形式的SSE指令 a ← a + b，现在可采用非破坏性的三操作数形式 c ← a + b，从而保留两个源操作数。最初，AVX的三操作数格式仅适用于具有SIMD操作数（YMM）的指令，不包括通用寄存器（如 EAX）相关的指令。随后在 BMI 等扩展中，该编码方案被用于为通用寄存器上的新指令进行编码。VEX 编码也用于操作 AVX-512 引入的 k0–k7 掩码寄存器的指令。

SIMD内存操作数的对齐要求已被放宽。与未使用VEX编码的对应指令不同，大多数使用VEX编码的向量指令不再要求其内存操作数必须按向量大小对齐。值得注意的是，VMOVDQA指令仍要求其内存操作数必须对齐。

新的VEX编码方案引入了一组新的代码前缀，扩展了操作码空间，允许指令拥有超过两个操作数，并支持SIMD向量寄存器长度超过128位。该VEX前缀也可用于传统SSE指令，赋予其三操作数形式，使其无需依赖VZEROUPPER和VZEROALL即可更高效地与AVX指令交互。

AVX指令同时支持128位和256位SIMD。128位版本可用于在不扩大向量化宽度的前提下优化旧代码，并避免从SSE切换到AVX所带来的性能惩罚；在某些早期AMD的AVX实现中，这些指令运行更快。此模式有时被称为 AVX-128。

与SSE系列相比，AVX在数字媒体播放、网页浏览、非对称加密等方面进一步提升了性能。

新指令
这些AVX指令是在对传统128位SSE指令的256位扩展指令之外新增的；其中大多数既可用于128位操作数，也可用于256位操作数。

支援
CPU对AVX指令集的支持情况

• 英特尔

** Sandy Bridge（2011年Q1）及更新的的处理器（除赛扬和奔腾）均支持
** Tiger Lake（2020年Q3）及更新的的奔腾和赛扬处理器均支持

• AMD:

** 推土机微架构（2011年Q4）及更新的处理器均支持

• 威盛电子

** Nano QuadCore
** Eden X4

• 兆芯:

** 基于五道口架构的处理器（KX-5000及KH-20000）

编译器和汇编器对AVX指令集的支持情况

• 编译器支持-选项
• Free Pascal编译器从2.7.1版本开始为AVX和AVX2提供-CfAVX和-CfAVX2选项
• Delphi从RAD studio v11.0 Alexandria版本开始支持AVX2和AVX512
• GNU汇编器从GNU Binutils 2.19版本开始支持AVX
• 4.6版本的GCC和11.1版本的Intel编译器套件开始支持AVX
• Open64编译器从4.5.1版本开始使用-标志支持AVX
• PathScale编译器支持-选项
• 编译器通过-选项支持AVX
• Visual Studio 2010/2012 编译器通过内联函数（intrinsic）和 /arch:AVX选项支持AVX
• NASM从2.03版本开始支持 AVX，并在 2.04 版本中，进行了许多与 AVX 相关的错误修复和更新

操作系统对AVX指令集的支持情况
AVX通过256 位宽的YMM寄存器添加了新的寄存器状态，因此需要操作系统显式支持，以在上下文切换时正确保存和恢复AVX的扩展寄存器。以下操作系统版本支持 AVX：

• DragonFly BSD：在2013年初添加支持
• FreeBSD：在2012年1月21日提交的补丁中添加支持，该补丁包含在9.1稳定版中
• Linux：内核版本2.6.30（发布于2009年6月9日）开始支持
• macOS：从10.6.8版本（Snow Leopard，发布于2011年6月23日）开始支持。macOS Ventura 不支持没有AVX2指令集的 x86 处理器
• OpenBSD：在2015年3月21日添加支持
• Solaris：在 Solaris 10 Update 10 和 Solaris 11 中开始支持。
• Windows：在 Windows 7 SP1（KB976932）、Windows Server 2008 R2 SP1、Windows 8、Windows 10 中提供支持

** Windows Server 2008 R2 SP1 结合 Hyper-V 需要热修复（KB2568088）以支持 AMD AVX（Opteron 6200 和 4200 系列）处理器
** Windows XP 和 Windows Server 2003 在内核驱动和用户应用程序中都不支持 AVX

參見
*組合語言
*MMX
*SSE
*
*
*AES指令集

参考资料
外部链接

• [https://software.intel.com/sites/landingpage/IntrinsicsGuide/ Intel Intrinsics Guide]