Μετάβαση στο περιεχόμενο

AVX2

Αναφορά αρχιτεκτονικήςFeex

Το AVX2 επεκτείνει τη διανυσματική επεξεργασία x86 με λειτουργίες ακεραίων 256-bit και πρόσθετες εντολές μετακίνησης δεδομένων. Μια συμβατή CPU, η ενεργοποιημένη κατάσταση AVX και λογισμικό που επιλέγει ουσιαστικά μια διαδρομή κώδικα AVX2 είναι όλα απαραίτητα.

Τι πρέπει να γνωρίζετε

Το AVX2 επεκτείνει τη διανυσματική επεξεργασία x86 με λειτουργίες ακεραίων 256-bit και πρόσθετες εντολές μετακίνησης δεδομένων. Μια συμβατή CPU, η ενεργοποιημένη κατάσταση AVX και λογισμικό που επιλέγει ουσιαστικά μια διαδρομή κώδικα AVX2 είναι όλα απαραίτητα.

Πώς λειτουργεί

Το AVX2 φέρνει πολλές λειτουργίες πακεταρισμένων ακεραίων στους καταχωρητές YMM των 256-bit και προσθέτει δυνατότητες όπως συγκεντρώσεις ακεραίων (integer gathers), μεταβλητές ολισθήσεις και ευρύτερες αναδιατάξεις (permutations). Ένα διάνυσμα ακεραίων 256-bit μπορεί να περιέχει 32 bytes, 16 words, 8 doublewords ή 4 quadwords. Η εντολή καθορίζει την ερμηνεία της λωρίδας. Ορισμένες λειτουργίες δρουν ανεξάρτητα εντός των ημίσεων των 128-bit, επομένως ένας ευρύς καταχωρητής δεν συνεπάγεται απεριόριστη κίνηση μεταξύ κάθε λωρίδας.

Πού είναι χρήσιμο

Μια βιβλιοθήκη επεξεργασίας εικόνας μπορεί να χειρίζεται 32 συστατικά byte σε ένα διάνυσμα, ενώ ένας πυρήνας βάσης δεδομένων συγκρίνει 8 ακεραίους 32-bit. Αυτό απεικονίζει τη χωρητικότητα δεδομένων, όχι μια υποσχόμενη επιτάχυνση. Τα gathers εξακολουθούν να εξαρτώνται από την τοπικότητα μνήμης και ένας βρόχος μπορεί να παραμένει περιορισμένος από αστοχίες κρυφής μνήμης (cache misses), διακλαδώσεις ή μετατροπή δεδομένων παρά από το εύρος της αριθμητικής.

Πώς να ελέγξετε την υποστήριξη και την ενεργοποίηση

Αρχικά πραγματοποιήστε τους ελέγχους υλικού AVX και OSXSAVE/XCR0. Στη συνέχεια, επαληθεύστε ότι το CPUID υποστηρίζει το leaf 7 και ελέγξτε το bit 5 του CPUID.07H.00H:EBX. Κάντε δοκιμή εντός του πραγματικού περιβάλλοντος ανάπτυξης guest ή container και χρησιμοποιήστε την υποστηριζόμενη διαγνωστική διεπαφή της εφαρμογής, όπου είναι διαθέσιμη.

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

Το AVX2 δεν περιλαμβάνει το FMA ως αυτόματη αρχιτεκτονική συνέπεια. Επίσης, δεν θεμελιώνει από μόνο του επιλεξιμότητα για AVX-512, υλικό επιτάχυνσης AI ή x86-64-v3. Μια έκδοση που έχει μεταγλωττιστεί καθολικά για AVX2 μπορεί να αποτύχει πριν εκτελεστεί ένας διανομέας εναλλακτικής διαδρομής (fallback dispatcher), εάν ο κώδικας αρχικοποίησης περιέχει ήδη μη υποστηριζόμενες εντολές.

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 · x86-64 psABI: επίπεδα αρχιτεκτονικής και μικροαρχιτεκτονικής επεξεργαστή

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.
  • x86-64 psABI: επίπεδα αρχιτεκτονικής και μικροαρχιτεκτονικής επεξεργαστή · Διεπαφή μηχανής, Αρχιτεκτονική επεξεργαστή: πίνακας βασικών και σωρευτικών δυνατοτήτων v2/v3/v4, έλεγχοι κατάστασης λειτουργικού συστήματος και συστάσεις ανάπτυξης.

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;