Tại sao động cơ cần phải được tối ưu hóa cho bộ xử lý mới có cùng kiến ​​trúc?

Khi một thế hệ bộ xử lý mới được phát hành, hầu hết các trang web báo cáo rằng các chương trình và công cụ trò chơi cần được tối ưu hóa cho phần cứng mới. Tôi không hiểu tại sao. Một bộ xử lý thường có kiến ​​trúc xác định loại tập lệnh mà nó sử dụng. Cái mà tất cả chúng ta sử dụng ngày nay là amd_x86_64. Tại sao bất kỳ chương trình hoặc trình biên dịch nào cũng cần được cập nhật nếu tất cả các bộ xử lý sử dụng cùng kiến ​​trúc này? Chắc chắn có những tính năng TRONG đường ống của bộ xử lý mới giúp tối ưu hóa việc thực thi mã máy, nhưng tại sao bản thân mã máy cần phải được thay đổi nếu kiến ​​trúc không?

Bởi vì các thế hệ khác nhau của cùng một kiến ​​trúc có thể có các bộ hướng dẫn khác nhau .

Ví dụ: Tiện ích mở rộng Truyền SIMD có lẽ là tập lệnh x86 nổi tiếng nhất, tuy nhiên, và mặc dù chỉ có một kiến ​​trúc x86, vẫn tồn tại SSE, SSE2, SSE3 và SSE4.

Mỗi thế hệ này có thể bao gồm các hướng dẫn mới cung cấp các cách nhanh hơn để thực hiện các hoạt động nhất định. Một ví dụ có liên quan đến các trò chơi có thể là hướng dẫn sản phẩm chấm.

Vì vậy, nếu một công cụ trò chơi được biên dịch cho thế hệ kiến ​​trúc trước đó, nó sẽ không hỗ trợ cho các hướng dẫn mới hơn này. Tương tự, có thể cần phải tối ưu hóa động cơ cho các hướng dẫn mới hơn; SSE4 , ví dụ, có hỗ trợ cho các hướng dẫn sản phẩm chấm hoạt động trên dữ liệu mảng. Một tối ưu hóa có thể tận dụng các hướng dẫn mới hơn này sẽ là thay đổi bố cục dữ liệu của bạn thành các mảng.

Câu trả lời của Maximus là chính xác, tôi chỉ muốn đưa ra một phần khác của câu chuyện:

Phần cứng tự thay đổi theo cách bạn cần thay đổi cách mã hóa, bất kể hướng dẫn mới được giới thiệu.

• Số lượng bộ đệm tăng hoặc giảm có nghĩa là bạn cần lo lắng ít nhiều về việc tối ưu hóa bộ đệm / mất hiệu lực bộ đệm là vấn đề. Nhiều bộ nhớ cache hơn có nghĩa là với dữ liệu nhỏ, bạn có thể tập trung ít hơn vào việc đảm bảo dữ liệu liền kề với việc chạy vào các mối quan tâm về hiệu suất. Ít bộ đệm hơn có nghĩa đây có thể là một vấn đề và rất ít bộ đệm có nghĩa là với một số cấu trúc dữ liệu lớn, nó sẽ không thành vấn đề.

• Các cấp độ bộ đệm mới có nghĩa là bạn cần suy nghĩ nhiều hơn về cách bạn sắp xếp các bộ dữ liệu lớn hơn (L1, so với L2, so với L3 so với L4).

• Nhiều lõi hơn có nghĩa là bạn cần suy nghĩ về cách bạn sẽ sử dụng các ứng dụng đa luồng tốt hơn và cách ứng dụng của bạn mở rộng trong môi trường đa quy trình.

• Đồng hồ nhanh hơn có nghĩa là bạn cần bắt đầu suy nghĩ về độ trễ bộ nhớ nhiều hơn bạn cần nghĩ về tốc độ tính toán của CPU như một nút cổ chai trong hệ thống của bạn.

• Số lượng FPU trên một hệ thống có thể không còn phù hợp với số lượng ALU số nguyên trên mỗi lõi nữa (AMD đã có / có các kiến ​​trúc như thế này).

• Số chu kỳ đồng hồ cần để tính toán một thao tác tôi đã giảm hoặc tăng.

• Số lượng đăng ký có sẵn thay đổi.

Tất cả những thứ này có tác động hiệu năng rất thực đến các chương trình đưa ra các giả định về kiến ​​trúc cơ bản trong phần cứng trước đó với cùng một ISA, dù là tích cực hay tiêu cực.

Ngay cả ngoài những thay đổi lớn như hỗ trợ cho các hướng dẫn mới, các nhà sản xuất bộ vi xử lý vẫn liên tục sửa đổi thiết kế của họ để cải thiện hiệu suất và mỗi thiết kế mới có thể có hiệu suất tương đối khác nhau cho mỗi hướng dẫn hoặc kỹ thuật. Có thể bạn đã viết một số mã không phân nhánh được tối ưu hóa cẩn thận cho Model X, nhưng Model Y có bộ dự báo nhánh được cải thiện giúp giảm hình phạt sai cho phiên bản mã không phân nhánh (cũng giải phóng đăng ký được sử dụng ở nơi khác) . Có thể Model Y hỗ trợ tính song song lớn hơn của một lệnh có độ trễ cao nhất định, do đó giờ đây một vòng lặp không được kiểm soát của lệnh đó sẽ giúp bạn có thông lượng tốt hơn, trong khi trên Model X, một chuỗi ngắn hơn là tốt hơn.

Bất kỳ vấn đề nào cũng có thể được giải quyết theo nhiều cách, và mọi chương trình là một tập hợp đan xen của sự đánh đổi và phân bổ tài nguyên, từ điểm tối ưu hóa. Ngay cả những thay đổi nhỏ về tính khả dụng của các tài nguyên đó hoặc chi phí của một đoạn mã nhất định về các tài nguyên đó, cũng có thể có hiệu ứng xếp tầng mang lại lợi thế đáng kể về hiệu suất cho mã này hoặc mã khác. Ngay cả khi một con chip được nâng cấp có "nhiều thứ hơn", thì mỗi thứ có thể xoay được bao nhiêu cân bằng.