Intel представила APX — расширения архитектуры x86-64, которые ускорят любое ПО
Новая архитектурная инициатива Intel, получившая название APX (Advanced Performance Extensions), знаменует собой не просто очередное расширение системы команд x86-64, а фундаментальный сдвиг в подходе к повышению производительности. Вместо наращивания тактовых частот или количества ядер, компания нацелилась на устранение «узкого горла» в виде медленных операций с памятью. Аналитики уже называют это самым значительным изменением в архитектуре x86 за последние два десятилетия, способным дать прирост производительности до 10% на существующем коде без увеличения энергопотребления.
Удвоение регистров: ключ к сокращению обращений к памяти
Суть реформы, заложенной в APX, заключается в радикальном пересмотре работы с регистрами процессора. Основным нововведением стало удвоение количества регистров общего назначения — с 16 до 32. Это прямое вмешательство в «кровеносную систему» процессора позволяет значительно сократить количество так называемых «пересылок» данных между вычислительным ядром и оперативной памятью. По оценкам Intel, только за счет этого нововведения частота загрузок данных из памяти снизится на 10%, а количество операций записи — на 20%.
Трёхоперандные инструкции и новый формат команд
Вторым важнейшим изменением является внедрение трёхоперандного формата для большинства существующих целочисленных инструкций. Ранее команды, как правило, работали с двумя операндами, что часто требовало дополнительных операций копирования. Новый формат позволяет выполнять больше вычислений за один такт, экономя такты процессора. Кроме того, архитектура обогащается новыми условными инструкциями, улучшающими предсказание переходов, и 64-битной инструкцией безусловного перехода. В совокупности эти меры, как утверждается, делают результирующий машинный код на 10% компактнее, несмотря на добавление новых префиксов.
Обратная совместимость и роль компилятора
Ключевой вопрос для любой архитектурной реформы — сохранение совместимости с legacy-кодом. Intel подчеркивает, что процессоры с поддержкой APX будут полностью обратно совместимы. Старые программы, не оптимизированные под новые расширения, будут работать без изменений. Однако главный сценарий внедрения APX лежит в плоскости компиляторов. Ожидается, что после выхода обновлений компиляторов (GCC, LLVM) разработчикам будет достаточно перекомпилировать свои приложения. Без каких-либо правок исходного кода, программа автоматически начнет использовать новые 32 регистра и трёхоперандные команды, получая прирост производительности.
Ранее Intel уже анонсировала планы по упрощению архитектуры x86-64 путем отказа от поддержки 16- и 32-битных режимов, но конкретных сроков реализации этой инициативы не называлось. В случае с APX, напротив, дорожная карта выглядит более определенной.
Первыми процессорами, которые получат поддержку APX, станут, по всей видимости, серверные чипы линейки Granite Rapids, выход которых ожидается в 2024 году. Вслед за ними нововведение появится и в потребительских процессорах для настольных ПК и ноутбуков. Это означает, что в ближайшие годы мы станем свидетелями планомерного перехода всей экосистемы x86 на новую, более эффективную модель вычислений, где прирост производительности достигается не за счет экстенсивного наращивания ресурсов, а за счет их более интеллектуального использования.
