PentiumIIIの実力を知るには、どうしても「ストリーミングSIMD拡張命令」を語らねばならない。耳慣れない言葉であるが、いままで開発コード名の「Katmai」と呼ばれてきたプロセッサから、正式名称の「PentiumIII」になると同時に、これまで「KNI」(Katmai
New Instruction)と呼ばれてきた命令セットも「ストリーミングSIMD拡張命令」と呼ばれることになった。
SIMDについて解説を加える。これまでの世の中の大多数のプロセッサは、1個の命令で1個のデータを処理するSISD(Single
Instruction, Single Data)方式をとっているが、これまでと比較にならないほどのデータ量の取り扱いが要求される昨今では、この方式の限界が見えてきた。
そのため、これまで二種類の拡張がなされてきた。一つは、1個の命令で複数のデータを処理するもので、SIMD(Single
Instruction, Multi Data)と呼ばれる。もう一つは、複数の命令で複数のデータを処理するMIMD(Multi
Instruction, Multi Data)と呼ばれるものだ。
PentiumIIIは前者のSIMD方式を用いて、新規に追加された128ビットレジスタと、そのレジスタを有効に利用する拡張命令群によって成り立つが、従来との互換性を維持しつつ、かつ大幅なデータ処理の高速化を図ろうとするものだ。
「ストリーミングSIMD拡張命令」に戻るが、SIMDを有効に使うための約70の新命令が追加されたが、おおよそ次のようなものだ。
1)SIMD FPを利用した演算
新レジスタを使って、4個の浮動小数点演算が一度に処理できる。
2)SIMDを使った整数処理
新レジスタを使って、複数の整数演算する命令群も追加された。
3)ストリーミングメモリ命令
メインメモリからL1、L2キャッシュへの読み込みと、
逆の書き出しを指定する、ストリーミング命令が追加された。
浮動小数点演算に関しては、加減乗除や論理演算に加え、逆数演算までが実装されており、グラフィックスの特殊効果処理に威力を発揮すると思われる。整数演算については、大小比較、加算等が実装されていて、ビデオのリアルタイム圧縮/展開に効果的であろうと思われる。
また、これらの高速演算ユニットのデータフローを適切にコントロールする役割がストリーミング命令になるようだ。
課題は、拡張命令を使わないプログラムでは効果がないことと、新規のレジスタの待避/復帰を行うためのOS側の対応が必要となる。後者について、Windows98ではDirectX6.1を組み込めば可能となり、WindowsNT4.0では、下記のインテルが提供する「ストリーミング拡張命令ドライバ」を組み込むことで可能となる。websetup.exe(1608KB)
上記ドライバには、ドライバが正しくインストールされたか確認するためのデモユーティリティが同梱されいて、SIMD命令の実行能力を証明するベンチマークもある。ベンチマークはVoxelという地形生成を実行するアプリケーションで、通常の浮動小数点命令の場合と、「ストリーミングSIMD拡張命令」に含まれるSIMD-FP命令を使った場合の、1秒あたりに生成される有効なフレーム数(fps)がタイトルバー上に表示される。結果のタイトルバーのみキャプチャした画像を掲載するが、約2倍の高速化がはかれたことを示している。 (1999/03/01) |
