MicroOp Fusion
也成爲微指令操作融合，將多個相同的彙編指令編譯的uops融合到一個微指令中，使得ALU在執行指令時可以在一個Cycle中執行完畢，提高指令執行的吞吐量
指令融合背景
RAT（Register Renaming Table）以及RRF（Retirement Register File）在PipeLine中已經到了瓶頸，最大吞吐量只能到每個Clock Cycle執行3條uop。爲了突破該瓶頸，設計者們將在以前分割成兩個uop的指令進行合併處理，他們稱之爲微指令融合（uop fusion）。
融合操作在大多數的PipeLine流程中共享同一條uop，並且在ROB(Reorder Buffer)中只佔一個Entry。但是單條ROB Entry代表了兩個操作，這兩個操作必須由兩個不同的執行單元完成。而融合後的ROB Entry也會也會被分發到兩個不同的執行端口，但是最後會作爲單個單元返回到ROB Entry。
微指令融合技術只能用於兩種：
- 內存寫操作
- 讀-修改操作
內存寫操作(Memory Write)
一個內存寫操作包括計算內存地址，傳輸數據。在以前的處理器中，這兩個操作會被分成兩個uops，第一個uop使用端口3只關心內存地址的計算，而第二個uop使用端口4關心數據的傳輸。 而讀操作只需要在一個uop使用端口2，所以它和之前的處理器是一樣的。
內存讀-修改(Read-Modify)
例如ADD EAX,[mem32]包含了兩個操作：
- 從端口2讀
[mem32]的數據 - 從端口0或者1將數據與
EAX寄存器中數據相加
這些指令在Pentium M之前的處理器都是被分成兩個uop，而在Pentium M之後就被融合了。這種融合只適用於常規的寄存器，浮點棧指針寄存器，MMX寄存器，而不適用於XMM寄存器。
而一個讀-改-寫的操作，例如ADD [mem32],EAX則不會融合讀-修改的uop，不過它可以融合成兩個寫的uop。
例如以下的指令融合：
; Example 7.2. Uop fusion mov [esi], eax ; 1 fused uop add eax, [esi] ; 1 fused uop add [esi], eax ; 2 single + 1 fused uop fadd qword ptr [esi] ; 1 fused uop paddw mm0, qword ptr [esi] ; 1 fused uop paddw xmm0, xmmword ptr [esi] ; 4 uops, not fused addss xmm0, dword ptr [esi] ; 2 uops, not fused movaps xmmword ptr [esi], xmm0 ; 2 fused uops
Pentium M的ROB已經重新設計，以至於ROB中的每一個Entry都可以擁有三個輸入依賴，而以前的設置只允許兩個。
例如，指令
MOV [ESI+EDI],EAX以及ADD EAX,[ESI+EDI]都有三個輸入依賴，也就是ESI，EDI以及EAX都必須全部都準備好指令才能被執行。進入執行單元卻沒有融合的uop依舊只有兩個輸入依賴。MOV [ESI+EDI],EAX被分割成地址計算的uop，而該uop依賴於ESI以及EDI，以及一個保存的uop，而該uop依賴於地址計算的uop以及EAX的輸出。 相似的是，ADD EAX,[ESI+EDI]被分割成一個讀uop依賴於ESI以及EDI寄存器，以及一個ADD的uop依賴於讀up以及EAX的輸出。這些不能融合的uop只能擁有兩個輸入依賴。ADC EAX,EBX以及CMOVE EAX,EBX都有三個輸入依賴：EAX以及EBX以及Flags```寄存器。這些指令不能融合，他們必須生成兩個uop。
微指令融合
一個CMP與TEST指令後一定會有一條有條件的跳轉指令，而這兩條指令則可以融合（Fused）到單條Macro-op中。所有版本的CMP與TEST指令以及所有的有條件跳轉的指令都適用Macro-op融合。
除了：CMP以及TEST後擁有一條Rip相對尋址或者一個位移與立即操作數操作的指令無法融合
例如：
; Example 19.1. Instruction fusion on Bulldozer test eax,4 jnz L1 ; // fused into one op cmp [Mydata],eax ; // rip-relative address in 64 bit mode jb L2 ; // not fused if rip-relative address cmp dword ptr[rsi+8],2 ; // both displacement and immediate operand jl L3 ; // not fused cmp [Mydata+rbx*4],eax ; // 32-bit absolute address + scaled index jg L3 ; // fused dec ecx jnz L4 ; // not fused. Only cmp and test can fuse
沒有其他的ALU指令可以與有條件跳轉的指令融合。最大程度的解碼速度不會因爲指令融合而增加。
優勢
uop融合有以下優點：
- 解碼更加高效，因爲生成一個融合的OP的指令可以進入三個解碼器中的任何一個，而生成兩個OP的指令只能到解碼器D0
- 當生成更少的OPS時，寄存器重命名和Retirement的負載減少
- uop融合後，ROB的容量會增加
參考資料
Microbenchmarking fused instruction MicroFusion in Intel CPUs MacroFusion in Intel CPUs microarchitecture