vzeroall指令是否会将寄存器ymm16到ymm31清零？

Question

vzeroall的文档似乎存在不一致性。散文描述如下：

该指令将所有XMM或YMM寄存器内容都清零。

然而，在此之下的伪代码表明，只有在64位模式下，寄存器ymm0到ymm15会受到影响:

IF (64-bit mode)
    limit ←15
ELSE
    limit ← 7
FOR i in 0 .. limit:
    simd_reg_file[i][MAXVL-1:0] ← 0

在支持 AVX-512 的机器上，清除直到 ymm15 的内容并不等同于清除所有内容，因为存在 ymm16 到 ymm31。

这段文字描述了在使用 AVX-512 技术的机器上进行数据清除的情况，同时提醒读者在清除数据时需要注意所有相关的数据寄存器。最后一个问题询问原文中的表述是否准确。

- BeeOnRope

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据谷歌称，伪代码是正确的，只有0-15受到影响。Bochs实现也表示：“即使存在AVX-512，也仅清除16个寄存器”。 - Jester

@Jester，AMD手册也是这么说的。可能与支持AVX512的处理器不再需要为了性能原因清零寄存器的上半部分有关。在Broadwell之后，vzeroupper不再需要（包括所有AVX512处理器）。我认为他们决定不修改vzeroall和vzeroupper的行为，因为这些指令在这些处理器上不再需要使用，所以它们主要是出于遗留原因。 - Michael Petch

@MichaelPetch：在Skylake上，有时仍然需要使用vzeroupper；不使用它会使SSE指令变慢（假依赖）：为什么没有VZEROUPPER的SSE代码在Skylake上比有的慢6倍？。但是，污染ymm/zmm16..31不能引起这个问题，因为它们对于传统的SSE是不可访问的。（我认为它们也不参与保存的上限状态转换，这显然是Ice Lake重新引入的）。此外，SKX对于一个脏zmm具有涡轮效应：动态确定流氓AVX-512指令执行的位置。 - Peter Cordes

在新的CPU上不使用vzeroupper指令的影响可能会更加严重，这是因为合并uops和隐式扩展的影响（这就是Peter链接中提到的东西）。 - BeeOnRope

“高”16-31和“低”0-15寄存器之间的区别似乎是这样的：只有低寄存器才会发生脏数据：如果您只写入上部寄存器，则不会将CPU放入脏状态，因此不会发生脏上部状态。但是，一旦进入脏状态，所有寄存器都会受到影响，包括上部寄存器。这与我的原始理论有点不一致。我的原始理论是，隐式扩展不是（仅仅是）合并效应，因为它发生在不执行任何合并操作的VEX编码AVX指令中。 - BeeOnRope

Answer 1

似乎是一个描述问题，如果您查看最新的SDM，您将看到描述已经最近更改，并且现在表示VZEROALL不会更改YMM16 ... YMM31。

请参见以下链接：最新的SDM 同时如下图所示：

- Matt. Stroh

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谢谢！我确实检查了我的SDM副本，通常我会保持最新状态，但在这种情况下不够及时。 - BeeOnRope

我进行了一些谷歌搜索，根据您的问题，我认为我找到了LLVM中的一个错误，他们在实现VZEROALL时将其用于清零所有YMM寄存器，包括YMM16..、YMM31。

• http://lists.llvm.org/pipermail/llvm-commits/Week-of-Mon-20170130/426045.html

- Matt. Stroh

@Matt.Stroh：那个错误的更改要么从未被采纳，要么已经被撤销。当前的clang9.0将使用ymm16来保存__m256在_mm256_zeroall()周围：https://godbolt.org/z/HK7_Xy。只有当它知道zeroall不会触及ymm16时，这才有意义。clang3.9.1确实会溢出到内存，因此可能在该版本中进行了更改，或者可能只是没有进行高效的优化。嗯，clang（3.9和当前版本）不知道`__m128`可以在`_mm256_zeroupper()`之间保留在xmm0中。https://godbolt.org/z/DwMyMV - Peter Cordes