SIMD

SIMD (англ. single instruction, multiple data — 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 — Multimedia Extensions. Коммерческое название дополнительного набора инструкций, выполняющих характерные для процессов кодирования/декодирования потоковых аудио-/видеоданных действия за одну машинную инструкцию. Впервые появился в процессорах Pentium MMX.
MMX Extended — расширенный набор инструкций 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 — набор инструкций, разработанный Intel и впервые представленный в процессорах серии Pentium III.
SSE2 — набор инструкций, разработанный Intel и впервые представленный в процессорах серии Pentium 4.
SSE3 — третья версия SIMD-расширения Intel, потомок SSE, SSE2 и x87. Представлен 2 февраля 2004 года в ядре Prescott процессора Pentium 4.
SSSE3 — набор SIMD-инструкций, используемый в процессорах Intel Core 2 Duo.
SSE4 — новая версия SIMD-расширения Intel. Анонсирован 27 сентября 2006 года. Представлен в 2007 году в процессорах серии Penryn.
AVX — анонсированная версия SIMD-расширения Intel, которая представлена в 2010 году в процессорах архитектуры Sandy Bridge.
AVX2
AVX512 - расширение системы команд при помощи кодировки с префиксом EVEX.

См. также

	Одиночный поток команд (single instruction)	Множество потоков команд (multiple instruction)
Одиночный поток данных (single data)	SISD (ОКОД)	MISD (МКОД)
Множество потоков данных (multiple data)	SIMD (ОКМД)	MIMD (МКМД)