AVX指令集實際應用是甚麼功能? - 3C

※ 引述《superRKO (挖洗RKO)》之銘言：
: 小弟菜雞
: 最近看INTEL的AVX512被嘴爆了，I皇QQ
: 又看了某幾集極客灣他們介紹說烤機烤AVX，I家的U會變很燙，而A的反而不會
: 然後這幾年有聽到AVX有實際在遊戲上應用的就刺客教條-奧德賽
: 但還是想問一下這AVX指令集的實際應用到底是甚麼?
老實說這個AVX如果要認真解釋，

可能會又臭又長，

大概會99%的人會直接END。



所以我用老嫗能解的方式來稍稍亂講一下好了，

雖然還是又臭又長，但有誤請儘量鞭。



首先先回答你的問題，

AVX指令集的實際應用到底是什麼？



我想最接近問題的答案應該是：

「那些想要把CPU當GPU來用的應用」這樣


最貼近一般人會用到的軟體，

我在想應該就是PS2的模擬器PCSX2，

以及PS3的模擬器RPCS3了吧？



想當然你可能想會說，

CPU與GPU這兩種處理器，

一般在計算的資料類型上差別蠻大的。

那為什麼還要把CPU當GPU用呢？



好問題。

老實說還真的有一堆程式設計師對此感到疑惑。



但代誌不是憨人想得那麼簡單。

實際上還真的有廠商在14年前就這麼搞了，

而且產品大家都聽過。


那家先行者廠商叫SONY & Toshiba & 他愉悅的伙伴IBM，

主機的名字叫PlayStation 3。

那顆名留千史的CPU就叫Cell。


雖然上一代的PS 2裡的EE(CPU)也有類似的狀況，

但特化狀況沒像Cell這麼嚴重就是。

而且EE的特化技能樹是朝另外一邊長的這樣。

但不在這邊的討論範圍所先不提。



簡單地說就是PS3裡面那顆Cell CPU，

跟主流的x86及ARM架構相比，

在架構特性上，

跟GPGPU裡的CU單元反而比較相似，


這是由於Cell的設計，

是由一顆PPE的微處理器 + 8個SPE協同處理器結合而成。
(實際上為了良率問題只有7個SPE可用)
(但SONY又限制最後一個SPE為系統獨佔，所以實際上只能用6個)

每個SPE有128個128bit的entry register
(不知道這個entry register要怎麼翻？)
(跟x86的相比就是限制一大堆的暫存器)

SPE無法直接存取主記憶體，需透過PPE的DMA。


看到這邊，

PPE+SPE這種奇妙的組合是不是就有點像ROP與TMU的樣子呢？



所以如果遊戲開發公司如果要把PS3的性能完全發揮出來，

通常就必須進行手動調整不同SPE在執行緒上的調度，

並避免資料相依(ex:if... else)的狀況在不同SPE上頭發生。


簡單一句話：程式很很很很很難寫。

有寫過的人都會想罵髒話的程度。

當年為了cell的開發，MIT還有請IBM的人到學校開課這樣。



雖然IBM的確曾經有努力推這種架構。(?)



但大家都知道

惰性是人類進步的原動力。



對碼農來說能省則省，能懶則懶。


所以大部份遊戲對SPE的使用大多只用到3個及以下。



講了這麼多，

但Cell這個設計又與AVX有什麼關系呢？


關系可大了。



當x86架構為了要模擬PS3裡頭的Cell時，

為了要達到與SPE相同的暫存器效能，

就必須使用AVX來獲得效能的提升。



在這邊稍微離題聊一下x86 SIMD的暫存器寬度與數量：

MMX：8個64bit的暫存器(僅處理整數，而且與浮器暫存器共用)

SSE：8個128bit的通用暫存器(整數or浮點，但有小限制)

SSE2：強化後的8個128bit的通用暫存器(簡單說就是上面的限制解封)

SSE3：把SSE2的通用暫存器再強化，讓在同一暫存器內的兩個數字相加or相乘

(in x86-64)
AVX：16個256bit的通用暫存器，可用於SSE的實現與相容(128bit)

AVX2：16個256bit的通用暫存器，可用於SSE實現擴展為256bit

AVX-512：超級高大上的32個512bit的通用暫存器，並有多個變種版本


Cell SPE：128個128bit的不太通用的entry暫存器



看到這邊應該馬上就能想到。

x86為了跟上Cell PPE+SPE 這種奇妙又奇耙的架構，


由於AVX的暫存器在數量及寬度上的優勢，相較於老舊的SSE，

絕對會是比較好的設計。


所以若是CPU若能使用AVX2指令集的話，

在跑RPCS3的時候，通常會相較沒有AVX2的處理器至少多個3~5幀。


PCSX2的話就比較特別一點，

因為PCSX2對AVX2的實現，

僅在對GS(PS2的GPU)的模擬使用軟體模式時才會啟用。

也就是把CPU當GPU來用

在跑軟體模式時，

相較於沒有AVX2的處理器，也是能提高個3~5幀的效能。




總而言之。

因為模擬器這塊其實蠻常遇到把CPU當GPU用的狀況。

尤其是對那些家用主機的模擬。

所以AVX指令集在家機的模擬器上其實蠻常見的。





至於那個高大上的AVX-512的問題，

那就又是另外一回事了....




只能說我的看法跟Linus Torvalds差不多，

不太看好這個指令集就是。

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