Исследователи предлагают удалить 40% инструкций x86 для повышения эффективности процессоров

Архитектура набора команд x86 (ISA) по-прежнему доминирует на рынке, несмотря на многолетние прогнозы о скором восхождении Arm или RISC-V. Пользователи продолжают покупать системы от Intel и AMD с Windows на x86. Возможно, вместо замены архитектуры требуется её реформа — и именно это предлагает концепция SHRINK.

Хотя исследование Международного симпозиума по компьютерной архитектуре (ISCA) датируется июнем 2015 года, его актуальность сохраняется. Как отмечает LaurieWired в X, всего 12 из более чем 1000 мнемоник (инструкций) в современных процессорах составляют 89% скомпилированного кода на C/C++.

Даже если рассматривать не только C/C++ (что может не охватывать все варианты использования), исследование SHRINK показывает множество неиспользуемых инструкций с течением времени: «Мы рассматриваем инструкции, принадлежащие векторным расширениям, в отдельных категориях, поскольку, хотя они и не используются, они всё ещё находятся на стадии внедрения, и их UIS, вероятно, будут использоваться в будущем».

Избыточность инструкций часто рассматривается как преимущество и недостаток архитектуры x86. Она очень универсальна и многофункциональна — поэтому большинство потребительских приложений создаются под неё, — но не всегда эффективна. Это позволило конкурентам, таким как Arm, предложить более эффективные чипы, хотя и с проблемами совместимости приложений.

Решение проблемы избыточных и редко используемых инструкций x86, по мнению исследователей, может заключаться в SHRINK, который «предоставляет метод переработки инструкций (т.е. удаления неиспользуемых и/или редко используемых инструкций и стратегического перераспределения их кодировок для более часто используемых инструкций) и механизм эмуляции удалённых инструкций».

Ключевое слово здесь — «эмулировать». Идея заключается в том, что большую часть инструкций — реже используемые — можно удалить из фактического набора команд и вместо этого эмулировать программно, когда это необходимо.

Исследователи «приходят к выводу, что по крайней мере 40% ISA x86, даже после исключения мультимедийных расширений, можно эмулировать с незначительным падением производительности в проанализированных трассах выполнения».

Другие попытки «очистки» x86 уже предпринимались, например, Intel x86s, которая стремилась удалить поддержку 16-битных и 32-битных инструкций. Однако этот проект был закрыт в прошлом году. LaurieWired отмечает, что главная причина сложности «очистки» x86 — это «интеллектуальная собственность / юридический ад». Набор команд x86 — это не только продукт Intel: это в значительной степени перекрёстное лицензирование между Intel и AMD.

Кроме того, существует аргумент, что «очистка» и не нужна. Хотя многие указывают на эффективность чипов Arm по сравнению с x86, в последние годы некоторые x86-чипы также демонстрируют высокую эффективность — взгляните на последние мобильные чипы Intel Lunar Lake.

Тем не менее, как напомнил бы мой друг-программист, избыточный и неиспользуемый код — это не лучший вариант. Возможно, некоторое «сжатие» не было бы плохой идеей.