POPCNT如何在硬件中实现？

Question

根据http://www.agner.org/optimize/instruction_tables.pdf，POPCNT 指令（返回 32 位或 64 位寄存器中设置的位数）在现代 Intel 和 AMD 处理器上每个时钟周期的吞吐量为 1 条指令。这比任何需要多条指令的软件实现都要快得多 (How to count the number of set bits in a 32-bit integer?)。

POPCNT 是如何在硬件中如此高效地实现的？

Answer 1

有一项组合popcnt，位扫描正向/反向的专利：

US8214414 B2 - Combined set bit count and detector logic

摘要

描述了 PopCount 和 BitScan 的合并数据路径。硬件电路包括用于 PopCount 函数的压缩器树，它被 BitScan 函数重用（例如，位扫描正向 (BSF) 或位扫描反向 (BSR)）。选择器逻辑使压缩器树能够根据微处理器指令对 PopCount 或 BitScan 操作的输入字进行操作。如果选择了 BitScan 操作，则对输入字进行编码。压缩树接收输入字，对位进行操作，就好像所有位都具有相同的重要性级别（例如，对于 N 位输入字，输入字被视为 N 个一位输入）。压缩树电路的结果是一个二进制值，表示与执行的操作相关的数字（PopCount 的设置位数，或扫描输入字时遇到的第一个设置位的位位置）。