AVX-512

Počátky instrukčního setu AVX-512 sahají téměř dekádu do minulosti, ale právě tam se vracet nebudeme, alespoň zatím ne (záhy pochopíte proč). Posuňme se do poloviny roku 2017, kdy Intel vydal Xeony postavené na jádrech Skylake. Ty AVX-512 podporovaly. Respektive některé modely. Zákazník, který chtěl AVX-512, si musel připlatit za model, který měl tuto funkci aktivní. Nelze říct implementovanou, protože po stránce hardwaru jádra Skylake ve všech Xeonech AVX-512 podporovala, jen u těch levnějších byla podpora vypnutá. Už počátky strategie v Xeonech dávají tušit, proč se instrukční set - na rozdíl od MMX, SSE, SSE2 nebo AVX - rozšiřoval a rozšiřuje tak pomalu. Podpora pouze na vybraných modelech omezovala hardwarovou / uživatelskou základnu a málokterý vývojář touží vyvíjet software, ze kterého bude profitovat pár promile (později pár procent) uživatelů.

Později Intel začal rozšiřovat podporu na širší spektrum modelů a post-Skylake éře se AVX-512 začalo objevovat (nutno zdůraznit, že v aktivované podobě) i konzumních procesorech pro desktop a mobilní segment. Podporováno je na generacích Cannon Lake, Ice Lake, Tiger Lake a Rocket Lake.

V případě generace Alder Lake je situace jiná. Na rozdíl od čtyř předchozích (výše uvedených) generací nebude AVX-512 podporovat. Důvody nejsou jako v době Skylaku segmentační / marketingové. Důvody jsou architektonické. Jelikož Alder Lake kombinuje dvě procesorové architektury - velká jádra Golden Cove (která AVX-512 umějí) a Atomy Gracemont (které AVX-512 neumějí), musel by být software s podporou AVX-512 napsán doslova na míru procesoru, což samozřejmě nelze očekávat. Aby tedy Alder Lake fungoval se stávajícím softwarem, jak se od něj očekává, vypnul Intel podporu AVX-512 na velkých jádrech.

Samozřejmě jádra Golden Cove použitá v Xeonech Sapphire Rapids (kde nebudou přítomné Atomy) budou mít podporu AVX-512 zapnutou. Desktopový / mobilní Alder Lake však ne. I když se zcela odstřihneme od filozofických debat na téma, zda AVX-512 má smysl, nebo jde o žrouta tranzistorů, který jen prodražuje procesory a využit je minimálně, je tu jedna pravda, která platí pro zastánce obou názorů. Nejhorší možnou kombinací je, že procesorová jádra fyzicky AVX-512 podporují (tudíž obsahují ony tranzistory navíc, které procesor prodražují), ovšem toto AVX-512 je vypnuté, takže neposlouží ani těm, kteří by o něj měli zájem. Zaplatí ho ovšem všichni.

Nyní se můžeme vrátit k úvodu a počátkům AVX-512. Poprvé se o něm totiž mluvilo v souvislosti s Xeony Phi, deriváty Larrabee postavenými na Atomech s podporou AVX-512. Ano, máme tu celkem zásadní paradox: V roce 2013 dokázal Intel vyrábět Atomy s podporou AVX-512. V roce 2021, když by se takové Atomy hodily (aby nebrzdily velká jádra Golden Cove AVX-512 podporující), to však kdovíproč nejde.

V souvislosti s výsledky Alder Lake, které naměřila společnost SiSoft, se objevovaly otázky, proč Alder Lake v některých testech vychází pomalejší než Rocket Lake. Jedním z těchto důvodů je právě fakt, Rocket Lake AVX-512 podporoval, kdežto Alder Lake jej má z výše uvedených důvodů vypnuté. Dále může následovat otázka, proč je Alder Lake bez podpory AVX-512 v těchto testech jen mírně pomalejší než Rocket Lake, když absence podpory většinou znamenala velké propady výkonu.

Opět jde o kombinaci několika důvodů. Prvním je, že Rocket Lake, ač podporuje AVX-512, disponuje pouze osmi jádry, zatímco Alder Lake je celkem šestnáctijádrový. Za druhé, Intel vybavil Atomy podporou AVX2, takže - umožňuje-li to software - může celý procesor využívat AVX2. A za třetí (což už se nevztahuje konkrétně k této situaci), Intel pro částečnou kompenzaci doplnil AVX2 extenzemi známými z AVX-512 (VNNI/256, VAES/256, SHA HWA).

Další specifika velkých / malých jader

Jak upozornil SiSoft ve svém testu Alder Lake, implementace, jakou Intel použil pro kombinaci velkých a malých jader, není bez (dalších) nedostatků či kompromisů. SiSoft například zjistil, že latence mezi velkými a malými jádry jsou podstatně vyšší než latence mezi velkými jádry vzájemně a malými jádry vzájemně. Typy vícejádrové zátěže, které využívají interakce mezi jádry, tak může být výhohdnější spouštět pouze na velkých jádrech, protože vzájemné přístupy mezi velkými a malými jádry mohou způsobit zpomalení výraznější, než výkonnostní bonus daný přítomností malých jader. Do jaké míry je taková situace obvyklá a rozšířená mezi stávajícím softwarem, ukážou až recenze. Prozatím víme, že u aplikací, kde si každé jádro počítá své a vzájemné interakce neexistují nebo jsou minimální (CineBench, GeekBench ap.) podává Alder Lake výborné výsledky.

Další podobné omezení SiSoft pozoroval v situaci, kdy jednotlivá vlákna pracují s velkými datovými přenosy. To nedělá problém velkým jádrům, ale malá jádra - zdá se - jsou v tomto ohledu omezená. Rovněž jde o scénář, ve kterém může být výhodnější používat pouze velká jádra, neboť malá mohou z uvedeného důvodu fungovat jako brzda.

Třetí anomálií pozorovanou SiSoftem byla situace, kdy velká i malá jádra dosahovala očekávaného výkonu, ale HT (Hyper-Threading) na velkých jádrech nepřinášel žádný výkonnostní bonus, ačkoli na ostatních procesorech daný test funguje dle očekávání.

• Alder Lake: Předobjednávky 27. října, recenze a prodeje 4. listopadu

Nakolik se tato specifika budou projevovat v široce rozšířeném softwaru a do jaké míry jde o limity hardwaru a do jaké o limity firmwaru, které by ještě Intel mohl doladit, ukážou až recenze, jejichž vydání očekáváme 4. listopadu.