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※ 本文轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2020-07-16 03:23:21
看板 PC_Shopping
作者 abac1230 (Planck超帥)
標題 Re: [閒聊] AVX指令集實際應用是甚麼功能?
時間 Thu Jul 16 00:08:31 2020


※ 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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c52chungyuny: 你可以不要看好x86算了  沒有特殊指令集x86根本沒1F 07/16 00:16
c52chungyuny: 優勢
a1234567289 : 我這次同意樓上 如果把有的沒的指令集都拔了 x86就3F 07/16 00:19
a1234567289 : 真的只是垃圾
a1234567289 : 另外AVX在數值計算上其實也用很多
mmonkeyboyy : 真的同意一樓 XDXDXD6F 07/16 00:22
a58524andy  : 恩幹完全不懂圖形架構7F 07/16 00:23
a58524andy  : 慘
c52chungyuny: ARM指令集也是越改越肥  通用性越廣就會越肥  套在9F 07/16 00:27
c52chungyuny: windows上也是   套在x86上也是
twosheep0603: 所以蘋果準備要跳車啦XD11F 07/16 00:30
a58524andy  : 話說Linus後續有提到他覺得arm的sve2還行12F 07/16 00:31
hn9480412   : 奇葩(ㄆㄚ)13F 07/16 00:36
c52chungyuny: AMD那種糞狂烙架構就是腫瘤只會增生   每顆腫瘤塞14F 07/16 00:43
c52chungyuny: 一堆特規電路最後總成本就會炸  intel爽多了  每個
c52chungyuny: 產品線都精心製作彷彿丹麥骨瓷   AMD還是繼續當腫
c52chungyuny: 瘤就好
mmonkeyboyy : 就是來亂的沒錯 XD18F 07/16 01:04
giancarlo82 : 然後C52繼續回去用一代threadripper19F 07/16 01:12
Clarkliu    : 話說cell架構也未免太奇想天外了 這麼座的理由是?20F 07/16 01:33
hn9480412   : 八成是被IBM拐的吧21F 07/16 01:47
Kuge        : 就出來跟x86競爭的啊 只看性能在當時的確很強22F 07/16 01:53
hn9480412   : 前幾天癡漢水球的文章有寫到當時水果會脫離PPC主要23F 07/16 01:54
hn9480412   : 是IBM根本沒有做過適用於筆電的PPC處理器
hn9480412   : 套回X86的話就是筆電板的P4和Pentium M的差別
hn9480412   : 所以IBM POWER在伺服器市場對上AMD和Intel在TDP上
hn9480412   : 也占不到便宜
a173652000  : 推專業28F 07/16 01:59
mmonkeyboyy : IBM是太貴啦...伺服器+來說 mainframe多貴啊29F 07/16 01:59
mmonkeyboyy : 一台大機貴1M 主要是處理的東西不太一樣  還有OS
mmonkeyboyy : 但近來開始擁抱LINUX一定是好事啊
mmonkeyboyy : cell IBM自己都砍了~~主要是在軟體優化太複雜
mmonkeyboyy : 我遇過設計CELL硬體 軟體 應用三種人
mmonkeyboyy : 這三種人講的話都合不起來了  還能怎麼期待
leung3740250: 問題是以28c xeon為例,avx512佔到的面積相當於兩35F 07/16 02:13
leung3740250: 個核心的面積,30c跑avx2和28c跑avx512哪個會贏是
leung3740250: 顯而易見的吧?
leung3740250: linus說avx512吃太多面積完全就是沒做過功課
mmonkeyboyy : avx512就設計角度來看 就是太浪費  讓設計成本上升39F 07/16 02:31
mmonkeyboyy : 使用率不見得高  其實我一直不懂為什麼要這些指令
arrenwu     : AVX vs GPU 比的是不是就看你應用對某些程序的延遲41F 07/16 02:33
arrenwu     : 啊?
mmonkeyboyy : 我講的是CPU設計成本  那個真的蠻難做的  囧>43F 07/16 02:34
mmonkeyboyy : 樓樓上板友 你指的是如果全速下  如果沒用到就浪費
mmonkeyboyy : 了  所以他的意思是不如用來做別的
mmonkeyboyy : frequency scaling也是問題
arrenwu     : 我對AVX跟GPU的理解是,他們兩個幹的事情很像47F 07/16 02:38
arrenwu     : 只是因為CPU較AVX做事情溝通速度快,而要叫GPU做事
arrenwu     : 因為要通過比較長的路徑會有比較大的延遲
arrenwu     : 而如果你整個應用充滿超多有點大有不太大的向量,那
arrenwu     : 叫GPU做可能延遲會搞得整個運算很沒有效率
arrenwu     : 不過我想得到的應用也只有轉檔
mmonkeyboyy : 其實不一定  跟單元數也有關  還有資料路徑53F 07/16 02:56
mmonkeyboyy : avx不一定有太多好處  理論上看起來是有
mmonkeyboyy : 實際上是你資料還是要去塞車
mmonkeyboyy : 拿個gem5去跑就看得到了(看起來很好就是了)
[圖]
leung3740250: 我是覺得avx512遠比兩個核心的效益更多58F 07/16 03:02
mmonkeyboyy : 0.9mm2 真不小哦XD59F 07/16 03:03
leung3740250: 就算avx512會降頻,能效比依舊比avx2高60F 07/16 03:03
mmonkeyboyy : 我是沒有拿到這個數字  不過你分享了就太好了61F 07/16 03:03
mmonkeyboyy : 你要看在cpu做用中 有多少機會會用到啊
mmonkeyboyy : 這就是為什麼會跑 spec這種東西
leung3740250: 這是優化問題而不是avx512沒有用的問題,其次也要64F 07/16 03:07
leung3740250: 怪牙膏10nm瘋狂delay,10nm跑avx512至少不會搞出7
leung3740250: 980xe那種破千瓦的功耗
mmonkeyboyy : 不好優化 跟沒有用 或是用不到 有時是同義字67F 07/16 03:09
aegis43210  : 不過老黃也推出magnum io來解決延遲問題68F 07/16 03:09
leung3740250: 0.9*28才25mm,兩顆核心顯然換不到avx512理想中的69F 07/16 03:09
leung3740250: 效益
mmonkeyboyy : 這就是cell失敗的原因之一71F 07/16 03:09
leung3740250: 設計思路是沒有錯,用結果去推翻設計思路就是結果72F 07/16 03:10
leung3740250: 論而已
mmonkeyboyy : 他可以不要換核  可以換別的  分支預測的之類的74F 07/16 03:10
mmonkeyboyy : 而且我認為他們正在這麼做 XDXDXDXD
leung3740250: 像10nm delay對牙膏是意料之外的事情76F 07/16 03:11
mmonkeyboyy : 結果論另一個方向的思考就是在設計階段沒有做全盤考77F 07/16 03:11
mmonkeyboyy : 量  這點同cell上也被證明  規格理想化  工程師x!
leung3740250: 我主要是反駁linus用核心替換avx512的說法,用來幹79F 07/16 03:12
leung3740250: 其它事可以,但絕對不是加2顆核心那麼智障
aegis43210  : 之後還有直連儲存的GPUDirect storage81F 07/16 03:12
mmonkeyboyy : 他....有他的看法嘛  可能他的應用就是多兩個核好82F 07/16 03:12
mmonkeyboyy : 其實真沒有誰好誰壞  都要看場景應用@_@~

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