【ARM】FPU,VFP,ASE,NEON,SVE...是什么意思？-Toy模板网

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1、文档目标

对执行浮点和SIMD操作的逻辑的各种名称的缩写词进行简要解释。

2、问题场景

Arm处理器内核中有用于执行浮点和SIMD操作的逻辑，有各种名称。它们通常是一系列的缩写形式，因此本文旨在对每一个缩写词进行简要解释。

3、软硬件环境

1 软件版本：不涉及

2 电脑环境：不涉及

4、相关缩写

FPU (Floating-Point Unit) 浮点单元

浮点单元是处理器核心中的一个模块，用于使用浮点数执行算术运算。并非所有处理器都需要这个模块，因此一些处理器可以选择进行配置。

如果配置在内核中将定义FPU的工作方式及其支持的指令。

如果配置 FPU，则通常仍然可以执行浮点运算，只是速度较慢，因为这些运算将需要使用软件子程序来执行。

不同的浮点单位支持不同大小的浮点数，因此对于某些处理器来说，无论它们只支持单精度值或是双精度值，这都是可配置的选项。

VFP (Vector Floating Point) 矢量浮点

之所以被称为“矢量”浮点，是因为不仅对处理浮点数的支持，而且还支持将浮点数作为SIMD运算的矢量处理。在这种情况下“向量”是将多个数据项打包到一个更大的数据容器中（例如，连续存储在单个寄存器中的多个独立值）。这是Armv8之前Arm体系结构浮点扩展的名称。

在Armv7体系结构中，不推荐使用VFP扩展来处理矢量中的浮点数，因为此功能已被“高级SIMD”扩展所取代。有不同版本的VFP（VFPv1、VFPv2、VFPv3、VFPv4）引入了对新功能和数据类型的支持。VFPv2是Armv5和Armv6架构的扩展，VFPv3和VFPv4是Armv7架构的扩展。

ASE (Advanced SIMD Extension) 高级SIMD扩展

这是对Armv7体系结构的扩展，使用整数或浮点数的矢量来支持额外的SIMD操作。与VFP扩展类似，高级SIMD扩展也有几个版本（高级SIMDv1、半精度高级SIMD和高级SIMDv2），它们添加了额外的功能并支持更多的数据类型。

虽然体系结构扩展是“高级SIMD扩展”，但用于此功能的产品名称是NEON。这两个名字指的是同一件事。

对于Armv8A体系结构，矢量SIMD操作的处理包含在默认体系结构中，因此高级SIMD不再被视为扩展。它仍然被称为NEON，预计将出现在所有标准v8-A处理器内核中，尽管从架构上讲，内核可能不包括它。

NEON

“NEON”是Armv7和Armv8 Cortex-A和Cortex-R处理器的高级SIMD功能所使用的产品名称。

不同处理器上的NEON（/ASE）支持可以采取不同的形式。基本功能相同，即允许对整数或浮点数执行SIMD操作。所用矢量的大小、矢量的数量和支持的浮点数的类型都可能因所实现的内容而异。

MPE (Media Processing Engine) 媒体处理引擎

用于Armv7A处理器Cortex-A5、Cortex-A7和Cortex-A9上的高级SIMD逻辑的名称。它通常被称为“NEON媒体处理引擎”，它是处理器中实现ASE/NEON支持的部分的另一个名称。

SVE (Scalable Vector Extension) 可伸缩矢量扩展

SVE是Armv8-A体系结构的扩展，此扩展仅在AArch64模式中受支持，它添加了额外的寄存器以支持更大的矢量、额外的指令和其他功能。包括SVE要求处理器核心也包括对NEON的支持。

以前对SIMD操作的支持使用的向量对数据项具有固定大小——例如，Armv7-a Advanced SIMD使用十六个128位数据项或三十二个64位数据项。

SVE的优点是它有32个矢量寄存器，大小可达2048位，但所用矢量的大小可以通过软件控制。这就是为什么它是“可伸缩”矢量扩展——矢量的大小可以在运行时缩放到不同的大小，而不是由处理器的实现决定的。

以前版本的SIMD支持（例如NEON）要求处理的数据与处理器实现的向量的大小相对应。SVE允许在操作过程中更改矢量数据的大小，而无需重写或重新编译代码，从而更容易编写可以使用SIMD操作处理数据的软件。

SVE2是SVE的更新版本，主要区别在于支持附加指令。这是为了让它能够在更广泛的应用中加速更多的算法。

SME (Scalable Matrix Extension) 可伸缩矩阵扩展

SME是Armv9-A体系结构的扩展，该体系结构建立在可扩展向量扩展（SVE和SVE2）的基础上，以增加对矩阵处理的支持。这包括许多新指令以及处理器的新操作模式——矩阵运算。

CME (Compute Matrix Engine) 计算矩阵引擎

计算矩阵引擎是执行可扩展矩阵扩展（SME）操作逻辑的名称。CME的设计使得在多个处理元件（PE）上执行的指令可以共享功能，其中“PE”是我们通常称之为集群内核心的架构术语。

MVE ( M-profile Vector Extension) M-型矢量扩展

专门用于Armv8-M体系结构，它提供对各种SIMD操作的支持。类似于NEON作为A级高级SIMD扩展的产品名称，“Helium”是用于M-配置文件矢量扩展的产品名。

MVE有两种变体，MVE-I和MVE-F。MVE-I仅支持整数矢量，MVE-F支持浮点数矢量。在处理器核心中包含MVE-F还要求处理器支持MVE-I和浮点扩展。

VPU (Vector Processing Unit) 矢量处理单元

对于Arm-v9A架构的处理器核心，VPU是处理器内部的单元，可以包含高级SIMD、浮点运算（单精度或双精度）、SVE和SVE2以及密码扩展的逻辑。VPU可以在两个处理器核心之间共享，这两个核心在一个更大的集群中共同形成一个双核“复合体”。

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