Μετάβαση στο περιεχόμενο

AVX

Αναφορά αρχιτεκτονικήςFeex

Το AVX (Advanced Vector Extensions) προσθέτει ένα μοντέλο διανυσματικού προγραμματισμού με καταχωρητές YMM και εντολές κωδικοποιημένες με VEX, συμπεριλαμβανομένων πράξεων κινητής υποδιαστολής 256 bit. Απαιτούνται τόσο η υποστήριξη του επεξεργαστή όσο και η διαχείριση κατάστασης από το λειτουργικό σύστημα.

Τι πρέπει να γνωρίζετε

Το AVX (Advanced Vector Extensions) προσθέτει ένα μοντέλο διανυσματικού προγραμματισμού με καταχωρητές YMM και εντολές κωδικοποιημένες με VEX, συμπεριλαμβανομένων πράξεων κινητής υποδιαστολής 256 bit. Απαιτούνται τόσο η υποστήριξη του επεξεργαστή όσο και η διαχείριση κατάστασης από το λειτουργικό σύστημα.

Πώς λειτουργεί

Το AVX επεκτείνει τους διανυσματικούς καταχωρητές στα 256 bit, με τα χαμηλότερα 128 bit κάθε καταχωρητή YMM να επικαλύπτουν τον αντίστοιχο καταχωρητή XMM. Πολλές εντολές χρησιμοποιούν μορφή τριών τελεστών, επιτρέποντας στον προορισμό να διαφέρει από τις εισόδους. Ένα διάνυσμα 256 bit μπορεί να περιέχει 8 τιμές κινητής υποδιαστολής μονής ακρίβειας ή 4 διπλής ακρίβειας, αλλά οι εντολές διαφέρουν ως προς τους τύπους τελεστών και τη συμπεριφορά τους.

Πού είναι χρήσιμο

Ένας αριθμητικός βρόχος μπορεί να προσθέσει πολλές ανεξάρτητες τιμές κινητής υποδιαστολής με μία διανυσματική εντολή. Ο μεταγλωττιστής ή η βιβλιοθήκη πρέπει να δημιουργήσει αυτόν τον κώδικα και να διευθετήσει σωστά τις φορτώσεις, τη στοίχιση, τα υπολείμματα (tails) και τις εξαρτήσεις. Το AVX δεν παραλληλίζει αυτόματα ένα τυχαίο πρόγραμμα σε πολλαπλούς πυρήνες, και οι πράξεις ακεραίων στα 256 bit απαιτούν έλεγχο της σχετικής επέκτασης αντί να θεωρείται δεδομένο το AVX2.

Πώς να ελέγξετε την υποστήριξη και την ενεργοποίηση

Ελέγξτε το CPUID.01H:ECX AVX bit 28, το XSAVE bit 26 και το OSXSAVE bit 27. Μόνο μετά την επιβεβαίωση του OSXSAVE μπορεί το λογισμικό να χρησιμοποιήσει την XGETBV με ECX=0 και να επαληθεύσει ότι τα bit 1 και 2 του XCR0 ενεργοποιούν την κατάσταση XMM και YMM. Χρησιμοποιήστε έναν συντηρούμενο μηχανισμό δρομολόγησης κατά την εκτέλεση (runtime dispatcher) αντί να εκτελείτε AVX ως πείραμα εντοπισμού.

Το πρόγραμμα πρέπει τόσο να περιέχει μια κατάλληλη υλοποίηση όσο και να την επιλέγει κατά τον χρόνο εκτέλεσης. Η απαρίθμηση υλικού, η ενεργοποιημένη από το λειτουργικό σύστημα κατάσταση καταχωρητών και η μεταγλωττισμένη βασική γραμμή (baseline) του εκτελέσιμου αρχείου αποτελούν ξεχωριστούς ελέγχους. Μια εικονική μηχανή μπορεί σκόπιμα να εκθέτει λιγότερες δυνατότητες από τον κεντρικό υπολογιστή της (host), και ένα container δεν προσθέτει εντολές στην CPU του κεντρικού υπολογιστή.

Τι δεν καθορίζει η δυνατότητα

Η υποστήριξη AVX από μόνη της δεν συνεπάγεται AVX2, FMA, F16C, AVX-VNNI ή AVX-512. Το εύρος του διανύσματος δεν δηλώνει πόσους κύκλους διαρκεί μια εντολή. Μια εικονική μηχανή μπορεί να εκθέτει μικρότερο σύνολο εντολών από τον φυσικό κεντρικό υπολογιστή.

Συμβατότητα και απόδοση στην πράξη

Μετρήστε τον πλήρη φόρτο εργασίας με αντιπροσωπευτικά δεδομένα. Τα ευρύτερα διανύσματα μπορούν να μειώσουν τον αριθμό των εντολών αφήνοντας αμετάβλητη την κίνηση μνήμης, τον συγχρονισμό ή το κόστος μετατροπής. Η καθυστέρηση εντολών (latency), η διακίνηση (throughput) και η συμπεριφορά κατανάλωσης ισχύος εξαρτώνται από την ακριβή μικροαρχιτεκτονική και τις συνθήκες λειτουργίας.

Μια πρακτική λίστα ελέγχου επαλήθευσης

  1. Καταγράψτε το ακριβές μοντέλο επεξεργαστή ή πλατφόρμας και τις εμπλεκόμενες εκδόσεις εφαρμογής, λειτουργικού συστήματος και περιβάλλοντος εκτέλεσης (runtime). Διατηρήστε τη διατύπωση του πραγματικού σφάλματος ή της απαίτησης.
  2. Ελέγξτε τις αναφορές του κατασκευαστή για το συγκεκριμένο μοντέλο και, στη συνέχεια, εξετάστε την πραγματική δυνατότητα και την ενεργοποιημένη κατάσταση στο περιβάλλον όπου εκτελείται το πρόγραμμα.
  3. Συγκρίνετε κάθε απαίτηση του επιλεγμένου εκτελέσιμου αρχείου (binary) ή του backend. Μια δυνατότητα με παρόμοιο όνομα, ένα ψευδώνυμο ή μια ευρεία ετικέτα τεχνολογίας δεν επαρκεί.
  4. Επιβεβαιώστε ότι η εφαρμογή επέλεξε την προβλεπόμενη υλοποίηση. Χρησιμοποιήστε τα τεκμηριωμένα διαγνωστικά της και μια υποστηριζόμενη εναλλακτική λύση (fallback) όταν δεν πληρούνται οι απαιτήσεις.
  5. Κάντε μία υποστηριζόμενη αλλαγή τη φορά και επαναλάβετε τον ίδιο φόρτο εργασίας. Διατηρήστε διαθέσιμη την αρχική διαμόρφωση και τη διαδρομή επαναφοράς.

Εάν η δυνατότητα αναφέρεται αλλά το λογισμικό δεν μπορεί να τη χρησιμοποιήσει

Ξεκινήστε με το ακριβές στοιχείο που αποτυγχάνει. Μια βάση δεδομένων υλικού περιγράφει την καταγεγραμμένη δυνατότητα· το λειτουργικό σύστημα ή ο hypervisor μπορεί να εκθέσει ένα διαφορετικό πραγματικό περιβάλλον. Ένα σφάλμα μη έγκυρης εντολής (illegal-instruction error) απαιτεί επίσης διερεύνηση της πραγματικής εντολής που προκάλεσε το σφάλμα και της έκδοσης του εκτελέσιμου (binary build), καθώς η αλλοίωση δεδομένων ή μια άσχετη μη υποστηριζόμενη εντολή μπορεί να προκαλέσει παρόμοιο σύμπτωμα.

Εγκαταστήστε την έκδοση της εφαρμογής, του προγράμματος οδήγησης ή του περιβάλλοντος εκτέλεσης που υποστηρίζεται για την ακριβή πλατφόρμα και χρησιμοποιήστε τη βασική γραμμή (baseline) ή την εναλλακτική έκδοση (fallback build) που τεκμηριώνει ο κατασκευαστής, εάν χρειάζεται. Μια ενημέρωση λογισμικού δεν μπορεί να δημιουργήσει μια εντολή που λείπει από τον επεξεργαστή. Οι αλλαγές στο υλικολογισμικό (firmware) και στην πολιτική ασφαλείας θα πρέπει να ακολουθούν τη διαδικασία του κατασκευαστή του συστήματος και ένα σχέδιο επαναφοράς και όχι μια γενική συνταγή βελτιστοποίησης.

Πηγές και πεδίο εφαρμογής αυτής της επεξήγησης

Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual · Πυρήνας Linux: χρήση δυνατοτήτων XSTATE στον χώρο χρήστη

Αυτές οι αναφορές καθορίζουν την αρχιτεκτονική συμπεριφορά και τις απαιτήσεις λογισμικού. Δεν επαληθεύουν ανεξάρτητα κάθε τιμή δυνατότητας σε μια συνδεδεμένη σελίδα μοντέλου υλικού. Για την υποστήριξη του μοντέλου, χρησιμοποιήστε τα στοιχεία τεκμηρίωσης του κατασκευαστή αυτής της σελίδας και ελέγξτε την πραγματική διαμόρφωση του συστήματος. Αυτό το άρθρο δεν παρέχει ημερομηνία δοκιμής επιδόσεων (benchmark), πιστοποίησης ή ανεξάρτητης αξιολόγησης.

Πηγές και επαλήθευση

Συντακτική ιδιοκτησία: Feex. Δεν έχει καταγραφεί ημερομηνία ανεξάρτητης αναθεώρησης. Πώς ερευνούμε.

  • Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual · Οι τόμοι 1 και 2 περιγράφουν τις κατονομαζόμενες οικογένειες εντολών και το CPUID· ο τόμος 3 περιγράφει την κατάσταση, τη σελιδοποίηση, το VMX και τους ελέγχους προστασίας. Η τεκμηρίωση αρχιτεκτονικής δεν καθορίζει την υποστήριξη για ένα συγκεκριμένο μοντέλο.
  • Πυρήνας Linux: χρήση δυνατοτήτων XSTATE στον χώρο χρήστη · Κατάσταση διανύσματος ενεργοποιημένη από το λειτουργικό σύστημα, δυναμικά ενεργοποιημένη κατάσταση πλακιδίων, απαιτήσεις στοίβας σημάτων και ροή δικαιωμάτων AMX. Η συμπεριφορά που αφορά ειδικά το Linux δεν αποτελεί υπόσχεση για άλλο λειτουργικό σύστημα.

Ήταν χρήσιμο αυτό το άρθρο;

Ένα ναι ή όχι είναι αρκετό. Επιλέξτε έναν λόγο εάν θέλετε ή προσθέστε μια σύντομη σημείωση.

Ήταν χρήσιμο αυτό το άρθρο;