Microarchitecture：Macro-Fusion

Macro-Operation Fusion (Macro-Op Fusion, MOP Fusion or Macrofusion) 在现代的微架构中被广泛的使用。该技术即为相邻的marco-operations 可以被合并为单条macro-operaton,在译码期间或者更早。这些指令在后面被译码为fused-uops。

影响处理器的性能的三个因素之一是指令个数。通过减少指令个数，可以使用更少的资源完成更多的工作。macro-fusion 背后的思想就是将邻近的指令进合并为一条指令。一条被融合的指令在其生命周期内都是融合的。因此融合的指令可以使用更少的bit完成更多的工作，释放了执行单元和追踪信息（重命名单元），节省了从译码到退休的带宽，最终可以节省功耗。
marco-op fusion的一个特殊的影响是它也有助于那些非编译的workload，比如很多的运行时解释语言PHP。

X86
Intel
Intel 自从酷睿，就在所有的现代微架构中采用macro-op fusion技术。
历史
Intel在2000年10月申请了融合指令的专利。2006年，在酷睿微架构中首次引入，此后的微架构中一直有采用。
原理
在macro-ops的边界被确定和标记后，它们被发送到instruction queues，然后进入译码器。这个阶段是可以确定并利用macro-opration的时机。注意这是自译码之前，因此译码的带宽也可以被节省。



条件分支在基本上所有的workload中，都是很常用的操作。Intel预计它占据了所有指令的15%。一对相互依赖的指令首先会与一套准则进行比对。比如，第一个源操作数或者目标操作数一定要是寄存器，并且第二个源操作数一定要是立即数或者是non-RIP 相关的内存地址。融合会将使用一条指令的行为来代表两条指令。

通过比对修改标志位的指令（如CMP或者ADD）和后续的一条jump 指令，可以实现融合。产生的输出是单条的 操作-分支指令。最终的融合的指令的声明周期会在pipeline内一直维持，直到可能在执行单元需要在单端口或者双端口上执行时才会拆分。

• 两条指令一定相连，中间没有其他指令
• 第一条指令一定是以下的指令： CMP, TEST, ADD, SUB, INC, DEC, or AND.
• 第二条指令一定是条件跳转，比如JA, JAE, JE, JNE
• 如果第一条指令是cacheline的63byte末尾，而第二条指令是下一条cacheline的开头，那么也无法融合。
  
  此外，每周期只能融合一条指令。如果有机会执行两条macrofusion，那么只有第一对会被融合，第二对会被忽略。
  
  macro-fusion的条件

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