MMX (命令セット)

MMXは、インテルが設計した単一命令複数データ( SIMD )命令セットアーキテクチャであり、1997 年 1 月 8 日^{[1] [2]に}Pentium P5 (マイクロアーキテクチャ)ベースのマイクロプロセッサ製品群とともに導入され、「MMX テクノロジ搭載 Pentium」と呼ばれています。^{[3]これは、}インテル i860 ^[4]や、それ以前のインテル i750ビデオピクセルプロセッサで導入された同様のユニットから開発されました。 MMX は、1997 年現在、インテルおよび他のベンダーによってIA-32プロセッサ でサポートされているプロセッサ補足機能です。 AMD もK6プロセッサに MMX 命令セットを追加しました。 ^{[アップデート]}

ニューヨーク・タイムズ紙は、スーパーボウルの広告を含む当初の取り組みは「テレビ電話や3Dビデオゲームを含む、新世代の派手なマルチメディア製品」に焦点を当てたものだったと評した。 ^[5]

その後、MMX は、Intel やその他の企業によるいくつかのプログラムによって拡張されてきました。3DNow !、Streaming SIMD Extensions (SSE)、Advanced Vector Extensions (AVX) の継続的な改訂などです。

MMXは公式には意味のない頭文字^[6] であり、インテルによって商標登録されている。 ^[7]非公式には、この頭文字はさまざまな意味を持つと説明されている。

• マルチメディア拡張、^[1]または
• 行列数学拡張[ ^8]

Advanced Micro Devices (AMD) は、Intel との多くの法廷闘争の 1 つで、MMX が「Matrix Math Extensions」の略であると示す Intel のマーケティング資料を作成しました。^[要出典]頭文字は商標登録できないため、 ^[要出典]これは Intel の商標を無効にしようとするものでした。1995 年に、Intel は AMD と Cyrix Corp. を商標 MMX の不正使用で訴えました。AMD と Intel は和解し、AMD は MMX が Intel の商標であることを認め、Intel は AMD に MMX 商標をテクノロジ名として使用する権利を与えましたが、プロセッサ名として使用する権利は与えませんでした。^[9]

MMXは、MM0からMM7までの名前が付いた8つのプロセッサレジスタと、それらを操作する操作を定義します。各レジスタは64ビット幅で、64ビット整数、または「パック」形式の複数の小さな整数を保持するために使用できます。1つの命令を2つの32ビット整数、4つの16ビット整数、または8つの8ビット整数に一度に適用できます。^[10]

MMX は整数演算のみを提供します。当初Intel i860用に開発されたときは、整数演算の使用は理にかなったものでした (2D と 3D の両方の計算で必要でした)。しかし、この処理の多くを実行するグ​​ラフィック カードが一般的になるにつれて、CPU の整数SIMD はグラフィック アプリケーションにとってやや冗長になりました。 ^[要出典]一方、 MMX の飽和演算は^{[あいまい]ですが、一部の}デジタル信号処理アプリケーションを大幅に高速化できます。^[要出典]

既存のオペレーティング システムのコンテキスト スイッチメカニズムとの互換性の問題を回避するために、MMX レジスタは、コンテキスト スイッチによって既に保存および復元されている既存のx87 浮動小数点ユニット(FPU) レジスタのエイリアスです。スタックのように動作する x87 レジスタとは異なり、MMX レジスタはそれぞれ直接アドレス指定可能です (ランダム アクセス)。

浮動小数点スタックに関係する操作はMMXレジスタにも影響を与える可能性があり、その逆も同様であるため、このエイリアシングにより、同じプログラム内で浮動小数点操作とSIMD操作を実行することが困難になります。^[11]パフォーマンスを最大化するために、ソフトウェアはプロセッサをどちらか一方のモードで排他的に使用し、それらの間の比較的遅い切り替えを可能な限り延期することがよくあります。

各 64 ビット MMX レジスタは、80 ビット x87 レジスタの仮数部に対応します。したがって、x87 レジスタの上位 16 ビットは MMX では使用されず、これらのビットはすべて 1 に設定され、非数( NaN ) データ型、つまり浮動小数点表現の無限大になります。ソフトウェアはこれを使用して、特定のレジスタの内容が浮動小数点データであるか SIMD データであるかを判断できます。

MMXのソフトウェアサポートはゆっくりと発展した。^[5] IntelのCコンパイラと関連開発ツールはMMX命令を呼び出すための組み込み関数を取得し、IntelはMMXを使用した一般的なベクトル化アルゴリズムのライブラリをリリースした。IntelとMetrowerksはどちらもコンパイラで自動ベクトル化を試みましたが、 Cプログラミング言語の操作はMMX命令セットにうまくマッピングされず、2000年時点でのカスタムアルゴリズムは通常、依然としてアセンブリ言語で記述する必要がありました。^[11]

競合するx86マイクロプロセッサ ベンダーである AMD は、独自の3DNow!命令セットを使用して Intel の MMX を強化しました。3DNow は、整数やその他の一般的な機能強化に加えて、SIMD 命令セットに単精度 (32 ビット) 浮動小数点サポートを追加したことで最もよく知られています。

MMXに続くIntelの次の主要なx86拡張機能はストリーミングSIMD拡張（SSE）であり、1999年にPentium IIIファミリ^{[12]で導入されました[13]}。これはAMDの3DNow!が導入されてからおよそ1年後のことでした。

SSE は、新しい 128 ビット幅のレジスタ ファイル (XMM0 ～ XMM7) と新しい SIMD 命令を作成することで、MMX の根本的な欠点 (整数 SIMD 演算と浮動小数点演算を混在させることができない) に対処しました。3DNow! と同様に、SSE は単精度浮動小数点演算 (32 ビット) のみに焦点を当てており、整数 SIMD 演算は引き続き MMX レジスタと命令セットを使用して実行されました。ただし、新しい XMM レジスタ ファイルにより、SSE SIMD 演算を MMX または x87 FPU 演算と自由に混在させることができました。

Pentium 4で導入されたストリーミング SIMD 拡張命令 2 ( SSE2 ) は、XMM レジスタ ファイルに対する整数 (8/16/32 ビット) および倍精度浮動小数点データのサポートにより、x86 SIMD 命令セットをさらに拡張しました。SSE2 では、MMX操作コード(オペコード) で XMM レジスタ オペランドを使用することもできます。これは、後の SSE リビジョンによってさらに広い YMM および ZMM レジスタに拡張されました。

PXA270 以降のIntel およびMarvell Technology GroupのXScaleマイクロプロセッサ コアには、 ARM アーキテクチャコアに対するSIMD 命令セット アーキテクチャ拡張であるIntel Wireless MMX Technology (iwMMXt) が含まれており、その機能はIA-32 MMX 拡張の機能に似ています。^{[14] [15] [16]}これは 64 ビット整数の算術演算と論理演算を提供しますが、ソフトウェアは 1 つの命令で 2 つの 32 ビット演算、4 つの 16 ビット演算、または 8 つの 8 ビット演算を実行することを選択できます。この拡張には、64 ビットのデータ レジスタが 16 個と 32 ビットの制御レジスタが 8 個含まれています。すべてのレジスタは、標準の ARM アーキテクチャ コプロセッサ マッピング メカニズムを介してアクセスされます。iwMMXt はコプロセッサ 0 と 1 のスペースを占有し、そのオペコードの一部は、以前の浮動小数点拡張である FPA のオペコードと競合します。^{[引用が必要]}

Marvell の ARM プロセッサの以降のバージョンでは、ワイヤレス MMX (WMMX) とワイヤレス MMX2 (WMMX2) の両方のオペコードがサポートされています。

• 拡張MMX

• Intel イントリンシクス ガイド
• MMX テクノロジー搭載 Intel Pentium プロセッサのドキュメント
• IA ソフトウェア開発者マニュアル、第 1 巻 (PDF)、MMX プログラミングについては第 8 章を参照してください。