ARM64 Feature#

GCC 14/15/16 对 ARM64 (AArch64) 架构特性的支持

参考链接#

架构级别支持#

架构级别	GCC 版本	说明
`generic`	GCC 14+	通用的优化目标
`generic-armv8-a`	GCC 14+	Armv8-A 系列通用优化
`generic-armv9-a`	GCC 14+	Armv9-A 系列通用优化
`armv9.5-a`	GCC 15+	新增架构级别
`armv9.6-a`	GCC 16+	新增架构级别

CPU 支持对比#

GCC 14 新增 CPU#

CPU	GCC 标识符	说明
Ampere-1B	`ampere1b`	Ampere 处理器
Arm Cortex-A520	`cortex-a520`	Arm Cortex 系列
Arm Cortex-A720	`cortex-a720`	Arm Cortex 系列
Arm Cortex-X4	`cortex-x4`	Arm Cortex 系列
Microsoft Cobalt-100	`cobalt-100`	Microsoft 处理器

GCC 15 新增 CPU#

CPU	GCC 标识符	说明
Apple A12	`apple-a12`	Apple 处理器
Apple M1	`apple-m1`	Apple Silicon M1
Apple M2	`apple-m2`	Apple Silicon M2
Apple M3	`apple-m3`	Apple Silicon M3
Arm Cortex-A520AE	`cortex-a520ae`	Auto Enhanced 版本
Arm Cortex-A720AE	`cortex-a720ae`	Auto Enhanced 版本
Arm Cortex-A725	`cortex-a725`	Arm Cortex 系列
Arm Cortex-X925	`cortex-x925`	Arm Cortex 系列
Arm Cortex-R82AE	`cortex-r82ae`	Real-time 处理器
Arm Neoverse N3	`neoverse-n3`	服务器处理器
Arm Neoverse V3	`neoverse-v3`	服务器处理器
Arm Neoverse V3AE	`neoverse-v3ae`	Auto Enhanced 版本
FUJITSU-MONAKA	`fujitsu-monaka`	Fujitsu 处理器
NVIDIA Grace	`grace`	NVIDIA Grace CPU
NVIDIA Olympus	`olympus`	NVIDIA 处理器
Qualcomm Oryon-1	`oryon-1`	Qualcomm 处理器

GCC 16 新增 CPU#

CPU	GCC 标识符	说明
Ampere1c	`ampere1c`	Ampere 处理器
Apple M4	`apple-m4`	Apple Silicon M4
Apple M5	`apple-m5`	Apple Silicon M5
Arm AGI CPU	`armagicpu`	Arm AI GPU CPU
Arm C1 Nano	`c1-nano`	Arm C1 系列 Nano
Arm C1 Pro	`c1-pro`	Arm C1 系列 Pro
Arm C1 Premium	`c1-premium`	Arm C1 系列 Premium
Arm C1 Ultra	`c1-ultra`	Arm C1 系列 Ultra
Arm Cortex-A320	`cortex-a320`	Arm Cortex 系列
Hisilicon hip12	`hip12`	海思处理器
NVIDIA GB10	`gb10`	NVIDIA 处理器

特性支持对比#

GCC 14 新增特性#

特性	`-march` 修饰符	说明
SME	`+sme`	Streaming Matrix Extensions
SME2	`+sme2`	SME 第二版
LSE2	`+lse2`	大系统扩展 2 (128-bit atomic)
RCPC3	`+rcpc3`	Release Consistent Processor Consistency

GCC 15 新增特性#

特性	`-march` 修饰符	默认启用	说明
CPA	`+cpa`	Armv9.5-A+	Conditional Pointer Authentication
FAMINMAX	`+faminmax`	Armv9.5-A+	Floating-point Min/Max
FP8	`+fp8`	-	8-bit Floating Point
FP8DOT2	`+fp8dot2`	-	FP8 2-way Dot Product
FP8DOT4	`+fp8dot4`	-	FP8 4-way Dot Product
FP8FMA	`+fp8fma`	-	FP8 Fused Multiply-Add
LUT	`+lut`	Armv9.5-A+	Lookup Table
SME_B16B16	`+sme-b16b16`	-	SME BFloat16
SME_F16F16	`+sme-f16f16`	-	SME Half Precision
SME2p1	`+sme2p1`	-	SME2.1
SVE_B16B16	`+sve-b16b16`	-	SVE BFloat16
SVE2p1	`+sve2p1`	Armv9.4-A+	SVE2.1
WFXT	`+wfxt`	Armv8.7-A+	Wait For Independent Time
XS	`+xs`	Armv8.7-A+	XS Instructions
FCMA	`+fcma`	Armv8.3-A+	Floating-point Complex Math
FRINTTS	`+frintts`	Armv8.5-A+	Floating-point Round Instructions
JSCVT	`+jscvt`	Armv8.3-A+	JavaScript Convert
LRCPC2	`+rcpc2`	Armv8.4-A+	RCPC 第二版
FLAGM2	`+flagm2`	Armv8.5-A+	Flag Manipulation 2
SSVE_FP8DOT2	`+ssve-fp8dot2`	-	Streaming SVE FP8 Dot2
SSVE_FP8DOT4	`+ssve-fp8dot4`	-	Streaming SVE FP8 Dot4
SSVE_FP8FMA	`+ssve-fp8fma`	-	Streaming SVE FP8 FMA
GCS	`-mbranch-protection=gcs`	-	Guarded Control Stack

GCC 16 新增特性#

特性	`-march` 修饰符	默认启用	说明
CMPBR	`+cmpbr`	Armv9.6-A+	Compare and Branch
F16F32DOT	`+f16f32dot`	-	Half to Single Dot Product
F16F32MM	`+f16f32mm`	-	Half to Single Matrix Multiply
F16MM	`+f16mm`	-	Half Precision Matrix Multiply
F8F16MM	`+f8f16mm`	-	FP8 to Half Matrix Multiply
F8F32MM	`+f8f32mm`	-	FP8 to Single Matrix Multiply
FPRCVT	`+fprcvt`	-	FP Register Convert
GCIE	`+gcie`	-	Guarded Control Stack IE
LSCP	`+lscp`	-	Load/Store Conditional Pair
LSFE	`+lsfe`	-	Load/Store Floating-point Exponential
LSUI	`+lsui`	Armv9.6-A+	Load/Store Unsigned Integer
MOPS_GO	`+mops-go`	-	Memory Operations GO
MPAMv2	`+mpamv2`	-	Memory System Resource Partitioning
MTETC	`+mtetc`	-	MTE Tag Check
OCCMO	`+occmo`	Armv9.6-A+	Occurrence Counter
PCDPHINT	`+pcdphint`	-	Preload Data Hint
POE2	`+poe2`	-	Permission Overlay Extension 2
PoPS	`+pops`	-	Point of Presence Stack
SME_F8F16	`+sme-f8f16`	-	SME FP8 to Half
SME_F8F32	`+sme-f8f32`	-	SME FP8 to Single
SME_LUTv2	`+sme-lutv2`	-	SME Lookup Table v2
SME_MOP4	`+sme-mop4`	-	SME Matrix Operation 4
SME_TMOP	`+sme-tmop`	-	SME Transposed Matrix Operation
SME2p2	`+sme2p2`	-	SME2.2
SME2p3	`+sme2p3`	-	SME2.3
SSVE_AES	`+ssve-aes`	-	Streaming SVE AES
SSVE_BitPerm	`+ssve-bitperm`	-	Streaming SVE Bit Permutation
SSVE_FEXPA	`+ssve-fexpa`	-	Streaming SVE Floating-point Exponential
SVE_AES2	`+sve-aes2`	-	SVE AES2
SVE_B16MM	`+sve-b16mm`	-	SVE BFloat16 Matrix Multiply
SVE_BFSCALE	`+sve-bfscale`	-	SVE BFloat16 Scale
SVE_F16F32MM	`+sve-f16f32mm`	-	SVE Half to Single MM
SVE2p2	`+sve2p2`	-	SVE2.2
SVE2p3	`+sve2p3`	-	SVE2.3
TEV	`+tev`	-	Trace Event
TLBID	`+tlbid`	-	TLB Invalidate

ACLE (Arm C Language Extensions) 支持#

GCC 14 ACLE 新增#

Function Multiversioning Specification (Beta)
Memory prefetch intrinsics
Special register intrinsics (128-bit extension +d128)
NEON-SVE Bridge intrinsics (arm_neon_sve_bridge.h)
更多 intrinsics 无需指定更高架构级别

GCC 15 ACLE 新增#

Guarded control stacks intrinsics
Lookup table intrinsics (__ARM_FEATURE_LUT)
FAMINMAX intrinsics (__ARM_FEATURE_FAMINMAX)
FP8 系列 intrinsics (__ARM_FEATURE_FP8*)
SVE2.1 intrinsics (__ARM_FEATURE_SVE2p1)
SME2.1 intrinsics (__ARM_FEATURE_SME2p1)
SVE/SME BFloat16 intrinsics
SVE vector operators (__ARM_FEATURE_SVE_VECTOR_OPERATORS==2)
__fma / __fmaf intrinsics
__chkfeat intrinsic

GCC 16 ACLE 新增#

__sqrt / __sqrtf intrinsics
__atomic_store_with_stshh intrinsic
__pldir intrinsic
Build attributes 支持 (__ARM_BUILDATTR64_FV)
Function Multi Versioning 正式支持 (__HAVE_FUNCTION_MULTI_VERSIONING)
SME2 FP8 conversions intrinsics
SVE floating-point matrix multiply intrinsics
FP8 multiply-add long intrinsics
SVE/SME LUTv2 intrinsics
Packed boolean vectors (C/C++ SVE booleans)

优化改进#

GCC 14 优化#

AArch64 特定寄存器分配优化 (-mearly-ra=)
Load/store-pair 指令融合优化 (-mearly-ldp-fusion, -mlate-ldp-fusion)
自动使用 strided vector register operands (SME)
减少 Advanced SIMD 和 SVE 代码中的冗余移动

GCC 15 优化#

自动使用 AArch64 CRC 指令
自动使用 saturating vector arithmetic 指令
改进 population count 代码生成
改进浮点和 vector immediates 处理
改进 vector permutations 处理
更多 SVE 指令优化 Advanced SIMD 代码
SVE ACLE intrinsics folding 和 simplification
改进 CPU-specific tuning
改进寄存器分配（消除 vector moves）
128-bit atomic operations 扩展支持 LRCPC3

GCC 16 优化#

自动向量化 ISA 选择 (-mautovec-preference)
MTE stack tagging (-fsanitize=memtag)
ARM SPE profiler 支持
64-bit x-register 转 32-bit w-register 优化（针对特定 CPU）
C++ spaceship operator (<=>) 优化
preserve_none 调用约定支持
Build attributes 用于标记 GCS 代码

重要变更说明#

弃用和移除#

版本	弃用/移除内容
GCC 14	Xeon Phi (Knight Landing/Mill) CPU 支持 - 将在 GCC 15 移除
GCC 15	ILP32 (`-mabi=ilp32`) 支持弃用 - 将在未来版本移除
GCC 15	Xeon Phi CPU 支持移除
GCC 16	PC relative literal loads (`-mpc-relative-literal-loads`) 弃用

新增目标支持#

版本	新目标
GCC 15	AArch64 MinGW (`aarch64-w64-mingw32`)

命令行选项变更#

GCC 14: - -mtp= 支持更改 TPIDR 寄存器用于 TLS 访问 - -mearly-ra= (默认 -O2+ 启用) - -mearly-ldp-fusion / -mlate-ldp-fusion

GCC 15: - -mbranch-protection=gcs 支持 GCS - -mcpu=native 改进对未知 heterogeneous systems 处理 - -mfix-cortex-a53-* 在不兼容架构时静默忽略 - SME 修饰符 +sme 不再隐式启用 SVE（但 GCC 尚不支持无 SVE 的 SME）

GCC 16: - -mautovec-preference 自动向量化 ISA 选择 - -menable-sysreg-checking 系统寄存器访问检查 - SME without SVE 正式支持

编译示例#

# GCC 14: 编译支持 SME2 的代码
gcc -march=armv9-a+sme2 -O2 program.c

# GCC 15: 编译支持 FP8 的代码
gcc -march=armv9.5-a+fp8 -O2 program.c

# GCC 16: 编译支持 MTE stack tagging 的代码
gcc -march=armv9.6-a -fsanitize=memtag -O2 program.c

# 使用 generic 架构级别
gcc -march=generic-armv9-a -O2 program.c

# 指定 CPU 优化
gcc -mcpu=neoverse-v3 -O2 program.c

预定义宏检测#

// 检测 SME 支持
#ifdef __ARM_FEATURE_SME
  // SME 可用
#endif

// 检测 SVE2 支持
#ifdef __ARM_FEATURE_SVE2
  // SVE2 可用
#endif

// 检测 FP8 支持 (GCC 15+)
#ifdef __ARM_FEATURE_FP8
  // FP8 可用
#endif

// 检测 Function Multi Versioning (GCC 16+)
#ifdef __HAVE_FUNCTION_MULTI_VERSIONING
  // FMV 正式支持
#endif

总结#

GCC 14/15/16 对 ARM64 架构的支持持续增强： - CPU 支持: 从 Cortex-A520/A720/X4 到 Apple M4/M5, NVIDIA Grace, Qualcomm Oryon - 架构级别: 从 generic 到 armv9.6-a - 特性扩展: SME/SME2, FP8, SVE2.1/2.2/2.3, GCS, MTE 等大量新特性 - ACLE 支持: 持续扩展 intrinsics 和预定义宏 - 优化改进: 寄存器分配、指令融合、自动向量化等

这些改进使得 GCC 在 ARM64 平台上具有更强的性能优化能力和更完整的架构特性支持。