x87 相对于 SSE 的优势

Question

我知道x87具有更高的内部精度，这可能是人们看到的它与SSE操作之间最大的区别。但我想知道，使用 x87 还有其他好处吗？我有在任何项目中自动输入

-mfpmath=sse

的习惯，我想知道我是否错过了 x87 FPU 提供的其他功能。

Answer 1

对于手写asm，x87有一些SSE指令集中不存在的指令。

我脑子里全都是三角函数，比如 fsin、fcos、fatan、fatan2 和一些指数/对数函数。

使用

gcc -O3 -ffast-math -mfpmath=387

，GCC9 will 实际上仍然内联

sin(x)

作为

fsin

指令，无论 libm 中的实现使用什么。 （https://godbolt.org/z/Euc5gp）。

MSVC 在编译 32 位 x86 时调用

__libm_sse2_sin_precise

。

---

如果您的代码大部分时间都花在三角函数上，那么如果您使用 x87，您可能会看到轻微的性能增益或损失，具体取决于使用 SSE1/SSE2 的标准数学库实现比慢速微代码更快还是更慢

fsin 

无论您使用什么 CPU。

CPU 供应商并没有投入大量精力来优化最新一代 CPU 中 x87 指令的微代码，因为它通常被认为已过时且很少使用。 （查看最近几代 CPU 中Agner Fog 的指令表中复杂 x87 指令的 uop 计数和吞吐量：比旧 CPU 的周期更多）。 CPU 越新，x87 计算 log、exp、pow 或 trig 函数的速度就越有可能比许多 SSE 或 AVX 指令慢。

即使 x87 可用，并非所有数学库都选择使用像

fsin

这样的复杂指令来实现

sin()

等函数，或者特别是 exp/log，其中用于操作基于日志的 FP 位模式的整数技巧非常有用。

一些 DSP 算法使用大量三角函数，但通常可以从 SIMD 数学库的自动矢量化中受益匪浅。 但是，对于您花费大部分时间进行加法、乘法等的数学代码。SSE 通常更快。

还相关：

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英特尔低估误差范围 1.3 quintillion

- fsin 的最坏情况（

fsin

输入非常接近

pi

的灾难性取消）非常糟糕。软件可以做得更好，但只能使用缓慢的扩展精度技术。

Answer 2

它出现在非常旧的机器上。

EOF

Answer 3

Answer 4

x87 具有相当大的遗留系统和小型系统兼容性：SSE 是一个相对较新的处理器功能。如果您的代码要在嵌入式微控制器上运行，它很可能不支持 SSE 指令。
即使没有安装 FPU 的系统通常也会提供 80x87 模拟器，这将使代码透明地运行（或多或少）。我不知道有任何 SSE 模拟器 - 当然我的系统之一没有任何模拟器，因此最新的 Adobe Photoshop elements 版本无法运行。
80x87指令具有良好的并行操作特性，自1982年左右推出以来，已经对其进行了深入的探索和分析。 x86 的各种克隆可能会在 SSE 指令上停止。

Answer 5

float

和

double

之间的转换比使用 SSE 更快。使用 x87，您可以将

float

、

double

或

long double

加载到寄存器堆栈或从寄存器堆栈存储，并且可以将其转换为扩展精度或从扩展精度转换，而无需额外成本。对于 SSE，如果类型混合，则需要额外的指令来执行类型转换，因为寄存器包含

float

或

double

值。这些转换指令相当快，但确实需要额外的时间。真正的解决方法是避免过度混合

float

和

double

，当然不要使用 x87。

Answer 6

long double

类型一起使用，但其他编译器（例如 MSVC）不支持该类型。

如果您确实需要 80 位浮点数学（例如，处理该格式的旧二进制数据，或模拟 x87 数学协处理器），请确保您使用支持它的合适编译器。