floating-point - FSIN 和其他 x87 三角函数指令在 AMD 处理器上的准确性-6ren

floating-point - FSIN 和其他 x87 三角函数指令在 AMD 处理器上的准确性

转载作者：行者123 更新时间：2023-12-04 04:25:53

在英特尔处理器上，x87 trigonometric instructions such as FSIN have limited accuracy due to the use of a 66-bit approximation of pi即使计算本身对于 80 位扩展精度浮点值的完整 64 位尾数也是准确的。 (所有有效输入的完全准确性需要 pi 的 128 位近似值。)英特尔文档中的遗漏是 corrected问题引起他们的注意后。

但是，除了在 AMD64 Architecture Programmer's Manual, Volume 1 中提到的之外，我找不到有关 AMD 实现 x87 三角函数指令准确性的类似详细信息。 :

6.4.5.1 Accuracy of Transcendental Results

x87 computations are carried out in double-extended-precision format, so that the transcendental functions provide results accurate to within one unit in the last place (ulp) for each of the floating-point data types.

对于所有有效输入(包括 128 位或更好的 pi 近似值)，AMD 对 x87 三角函数指令的实现是否实际上完全精确到一个扩展精度格式的 ULP 内？与 Zen 和 Zen 2 架构(Ryzen 和 EPYC)相关的答案将是理想的。

最佳答案

我发现一个程序位于 http://notabs.org/fpuaccuracy/ ( direct download link ; GPLv3) 旨在测试 x87 三角函数指令的准确性。 fpuaccuracy examples 的引用输出随程序提供，使用 Intel Core i7-2600 (Sandy Bridge) 生成，如下所示:

sin with smallest failing argument
argument   4000 C10A 7DC0 DC46 D753   (decimal 3.0162653335001840718)
actual     3FFB FFFF BBF1 3588 24AF   (decimal 0.1249994929300478145)
x87 fpu    3FFB FFFF BBF1 3588 24AE   (decimal 0.12499949293004781449)
error      -1.0002171407788819287 ulp

sin near pi
argument   4000 C90F DAA2 2168 C235   (decimal 3.1415926535897932385)
actual     BFBE ECE6 75D1 FC8F 8CBB   (decimal -5.0165576126683320235E-20)
x87 fpu    BFBF 8000 0000 0000 0000   (decimal -5.42101086242752217E-20)
error      -1376283091369227076.6 ulp

sin with large argument
argument   403D FFFF FFFF 2D2A 9042   (decimal 9223372035086174241)
actual     BFDF E730 CF55 1180 63F3   (decimal -4.2053336735954077951E-10)
x87 fpu    BFF8 C28B 4641 7452 B463   (decimal -0.011874025925697012908)
error      -4.7037861121081250351E+26 ulp

cos with smallest failing argument
argument   3FFF C10E 8AC0 BFEB 5E80   (decimal 1.5082562867317745453)
actual     3FFA FFFF 3EA3 D2D7 355B   (decimal 0.062499279677629184442)
x87 fpu    3FFA FFFF 3EA3 D2D7 355A   (decimal 0.062499279677629184438)
error      -1.005468872258621479 ulp

cos near pi/2
argument   3FFF C90F DAA2 2168 C235   (decimal 1.5707963267948966193)
actual     BFBD ECE6 75D1 FC8F 8CBB   (decimal -2.5082788063341660117E-20)
x87 fpu    BFBE 8000 0000 0000 0000   (decimal -2.710505431213761085E-20)
error      -1376283091369227076.6 ulp

cos with large argument
argument   403D FFFF FFFF 6CE1 B432   (decimal 9223372035620657689)
actual     3FDD DFD2 E369 AE25 7E4A   (decimal 1.0178327217734091432E-10)
x87 fpu    BFF8 C28B 45B2 1490 D117   (decimal -0.011874025404105249357)
error      -1.8815144449581111989E+27 ulp

tan with smallest failing argument
argument   3FFF B8B5 07B4 294A BD53   (decimal 1.4430245999997931928)
actual     4001 F915 0EE5 BAC8 446C   (decimal 7.7838205801874740721)
x87 fpu    4001 F915 0EE5 BAC8 446D   (decimal 7.7838205801874740726)
error      1.0017725812707024772 ulp

tan near pi/2
argument   3FFF C90F DAA2 2168 C235   (decimal 1.5707963267948966193)
actual     C040 8A51 E04D AABD A35F   (decimal -39867976298117107068)
x87 fpu    C040 8000 0000 0000 0000   (decimal -36893488147419103232)
error      743622037674500958.81 ulp

tan with large argument
argument   403D FFFF FFFF DCF6 FE38   (decimal 9223372036560879388)
actual     4005 A86C 499C 14EA BD4A   (decimal 84.211499097398127292)
x87 fpu    401F C10C D618 50D5 E957   (decimal 6477687856.6315280604)
error      9.3353319161898434351E+26 ulp

在配备 AMD Ryzen 7 2700U (Zen) 的笔记本电脑上运行时，我得到以下信息:

sin with smallest failing argument
argument   4000 C10A 7DC0 DC46 D753   (decimal 3.0162653335001840718)
actual     3FFB FFFF BBF1 3588 24AF   (decimal 0.1249994929300478145)
x87 fpu    3FFB FFFF BBF1 3588 24AE   (decimal 0.12499949293004781449)
error      -1.0002171407788819287 ulp

sin near pi
argument   4000 C90F DAA2 2168 C235   (decimal 3.1415926535897932385)
actual     BFBE ECE6 75D1 FC8F 8CBB   (decimal -5.0165576126683320235E-20)
x87 fpu    BFBF 8000 0000 0000 0000   (decimal -5.42101086242752217E-20)
error      -1376283091369227076.6 ulp

sin with large argument
argument   403D FFFF FFFF 2D2A 9042   (decimal 9223372035086174241)
actual     BFDF E730 CF55 1180 63F3   (decimal -4.2053336735954077951E-10)
x87 fpu    BFF8 C28B 4641 7452 B463   (decimal -0.011874025925697012908)
error      -4.7037861121081250351E+26 ulp

cos with smallest failing argument
argument   3FFF C10E 8AC0 BFEB 5E80   (decimal 1.5082562867317745453)
actual     3FFA FFFF 3EA3 D2D7 355B   (decimal 0.062499279677629184442)
x87 fpu    3FFA FFFF 3EA3 D2D7 355A   (decimal 0.062499279677629184438)
error      -1.005468872258621479 ulp

cos near pi/2
argument   3FFF C90F DAA2 2168 C235   (decimal 1.5707963267948966193)
actual     BFBD ECE6 75D1 FC8F 8CBB   (decimal -2.5082788063341660117E-20)
x87 fpu    BFBE 8000 0000 0000 0000   (decimal -2.710505431213761085E-20)
error      -1376283091369227076.6 ulp

cos with large argument
argument   403D FFFF FFFF 6CE1 B432   (decimal 9223372035620657689)
actual     3FDD DFD2 E369 AE25 7E4A   (decimal 1.0178327217734091432E-10)
x87 fpu    BFF8 C28B 45B2 1490 D117   (decimal -0.011874025404105249357)
error      -1.8815144449581111989E+27 ulp

tan with smallest failing argument
argument   3FFF B8B5 07B4 294A BD53   (decimal 1.4430245999997931928)
actual     4001 F915 0EE5 BAC8 446C   (decimal 7.7838205801874740721)
x87 fpu    4001 F915 0EE5 BAC8 446C   (decimal 7.7838205801874740721)
error      0.0017725812707024772387 ulp

tan near pi/2
argument   3FFF C90F DAA2 2168 C235   (decimal 1.5707963267948966193)
actual     C040 8A51 E04D AABD A35F   (decimal -39867976298117107068)
x87 fpu    C040 8000 0000 0000 0000   (decimal -36893488147419103232)
error      743622037674500958.81 ulp

tan with large argument
argument   403D FFFF FFFF DCF6 FE38   (decimal 9223372036560879388)
actual     4005 A86C 499C 14EA BD4A   (decimal 84.211499097398127292)
x87 fpu    401F C10C D618 50D5 E957   (decimal 6477687856.6315280604)
error      9.3353319161898434351E+26 ulp

除了一个异常(exception)(棕褐色与最小的失败参数)，结果是相同的。我还在我的 Ryzen 9 3950X (Zen 2) 上进行了测试，并得到了相同的结果。

总之， 最近的 AMD 处理器，包括 Zen 和 Zen 2 架构，使用 pi 的 66 位近似值 并且在给定某些参数时会产生与现代英特尔处理器为 x87 三角函数指令提供的相同类型的不准确度。

关于floating-point - FSIN 和其他 x87 三角函数指令在 AMD 处理器上的准确性，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/60267049/

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