为何sha256rnds2指令设计为隐式使用xmm0寄存器？

关于sha256rnds2隐式操作数设计的原因说明 #

你提到的三个推测中，编码空间限制是最核心的真实原因，另外两个推测和实际设计背景存在偏差，具体分析如下：

• 关于「SHA-NI面向低性能CPU设计」的推测不成立：SHA-NI从立项之初就覆盖了服务器端IPSec加解密卸载的需求，设计阶段已经考虑了高性能场景的使用，不存在未预料到高性能普及的情况。
• 关于「指令编码位宽不足」的推测符合实际：sha256rnds2属于SSE架构下的扩展指令，当时SSE的指令编码格式仅预留了最多2个显式XMM寄存器操作数的编码位，没有多余比特位用来编码第三个操作数。为了兼容现有指令解码框架，设计方最终选择将第三操作数硬编码为固定的xmm0寄存器，这是兼容性优先的折中方案。
• 关于「指令能耗过高无法配置多流水线」的推测不成立：sha256rnds2的运算功耗和同代同复杂度的其他向量密码指令（如AES-NI系列指令）没有量级差异，现有CPU的倒数吞吐量限制本质是隐式寄存器依赖带来的调度瓶颈，而非硬件无法实现多执行流水线。当前主流服务器CPU已经搭载了多组SHA运算单元，只是受限于该指令的隐式操作数设计，无法在多缓冲区场景下被充分调度。

补充说明：后续推出的AVX架构下的SHA扩展指令已经解决了这个问题，采用显式三操作数编码，不存在固定寄存器依赖，可以实现高效的多缓冲区并行SHA256计算。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user1641854