Micro Fusion

微熔合將來自於同一條x86指令的多條微指令熔合成單條複雜的微指令.這條複雜的微指令可以被分發到亂序執行核任意多次，就好象沒有進行過微熔合一樣（即亂序執行核並不能感知到微熔合機制的存在）。

微熔合機制使得程式設計師可以使用“儲存器到暫存器”這樣的操作方式（這種操作在複雜指令集計算機中很常見），來編寫程式而不需擔心會損失前端譯碼頻寬。微熔合可以整體提升指令從譯碼到退役的頻寬，同時節省電力。

過多的使用單微指令的x86指令來編寫程式會增加程式碼長度，降低傳統譯碼流水線的取指頻寬。

下面是一些微熔合的示例，可以被所有的譯碼器處理。

• 所有的寫存操作，包括寫立即數到儲存器。在處理器內部，寫存操作是兩個獨立的操作：儲存目標地址，和儲存資料。

例如，MOV [5000H], 1234H，這條指令將立即數1234H寫到儲存器地址5000H中（假設基地址是0）。沒有微熔合機制的情況下，這條指令會對應兩條微指令，儲存目標地址5000H，儲存資料1234H。有了微熔合機制，這條指令譯碼後只對應單條的複雜微指令。TODO：這個理解是否正確。

• 所有的讀存加計算操作型別（load + op）都可以微熔合為一條微指令，例如

ADDPS XMM9, OWORD PTR [RSP+40]; todo: how long for OWORD PTR?

FADD DOUBLE PTR [RDI+RSI*8];

XOR RAX, QWORD PTR [RBP+32]

• 所有的讀存加跳轉操作型別（load + jump），例如

JMP [RDI+200]

RET ; load instruction pointer and jump

• CMP/TEST指令使用儲存器定址和立即數

例如，CMP [5000H], 1234H

使用RIP相對定址的指令在如下的情況下無法進行微熔合：

• 有一個額外的立即數，例如

CMP [RIP+400], 27

MOV [RIP+3000], 142

• 控制流指令使用間接目標且目標是RIP相對定址方式，例如

JMP [RIP+500000000];

對於不能實施微熔合的情況，x86指令只能由複雜譯碼器進行譯碼，生成兩條微指令；這樣會稍微降低譯碼頻寬。

在64位程式碼中，RIP相對定址方式經常用於定址全域性資料。由於沒有微熔合機制，當移植32位程式到64位上時，頻繁訪問全域性資料的程式碼效能可能會有所下降。

Macro-Fusion

巨集熔合可以將兩條x86指令熔合，譯碼後只生成單條微指令。在Intel Core微架構中，這個硬體優化機制是有較大限制的，只能針對符合特定條件的指令對進行熔合。

• 第一條指令修改標誌暫存器且滿足一定條件（參下）：
  • Nehalem微架構：CMP, TEST
  • Sandy Bridge微架構：CMP, TEST, ADD, SUB, AND, INC, DEC
  • 具備巨集熔合條件的上述指令必須符合以下格式
    • 第一個源/目標運算元是暫存器

注：TEST指令只有兩個源運算元；ADD指令第一個是目的運算元，第二個是源運算元；INC只有一個目的運算元。

• • • 第二個源運算元（如果存在）是以下任一：立即數，暫存器數，非RIP相對定址的儲存器數
• 第二條指令是條件轉移指令。下表描述了每條指令可以與之熔合的分支指令。

如果第一條指令結束於快取行的63位元組上（即快取行行尾），第二條條件分支指令起始於下一個快取行的0位元組上（即快取行行首），這兩條指令不可以做巨集熔合。

由於符合巨集熔合條件的指令對在各種型別的程式中都很常見，所以即便不重新編譯程式，巨集熔合機制也能帶來效能收益。

巨集熔合後的指令都只需要一次分發即可投入執行（因為只生成一條微指令）。這樣既降低了執行延遲，也節省了執行資源。同時，還可以獲得更高的重新命名和指令退役頻寬，增加虛擬儲存容量（即更高的儲存密度），以及用更少的位元位表示更多的操作，從而更加節能。