Intel、AMD 與科技巨頭聯手改造 x86 指令集架構

x86 指令集架構 (ISA) 的面貌正在發生變化。週二，Intel 和 AMD 宣布成立一個生態系統諮詢小組，目的是推動兩家公司 x86 實作之間的一致性。

幾十年來，Intel 和 AMD 一直在共同開發 x86-64 指令集。儘管終端用戶的工作負載在兩家晶片製造商的產品之間享有跨平台的相容性，但這種相容性並非完全普遍存在。

「x86 是事實上的標準。它是一個強大的生態系統，但它基本上是由Intel和 AMD 以某種方式共同開發的，然而這種開發方式保持了一定距離，這導致了 ISA 的某些部分隨著時間推移出現了一些效率低下和漂移。」AMD 資料中心解決方案執行副總裁佛瑞斯特·諾羅德（Forrest Norrod）在公告前的新聞發布會上表示。

進階向量擴充 (AVX) 的引入是最明顯的例子，說明了Intel和 AMD 平台之間並不總是保證相容性。

多年來，那些想要利用 512 位元向量暫存器的人一直受限於 Intel 平台。事實上，直到 2022 年 Zen 4 推出之前，AMD 一直缺乏對 AVX-512 的支援，即使在那時，，也只是透過 256 位元資料通道進行雙倍運行。直到今年 Zen 5 推出，AMD 才增加了對完整 512 位元資料通道的支援。

展望未來，Intel、AMD 和他們的產業合作夥伴的目標是透過趨於更統一的實作來避免這種不一致性。為了支援這一目標，這兩家公司尋求了 Broadcom、Dell、Google、HPE、HP、Lenovo、Meta、Microsoft、Oracle、Red Hat 的幫助，以及包括 Linux 核心開發者林納斯·托瓦茲（Linus Torvalds）和 Epic 的提姆·史維尼（Tim Sweeney）在內的專業人士提供協助。

這個諮詢小組將負責重塑 x86 ISA，以改善跨平台相容性，簡化軟體開發，並應對新興技術所帶來的變化需求。

「我們將不僅在硬體方面享有性能、靈活性和相容性的優勢，還將在軟體、作業系統和各種服務方面享有這些優勢，」Intel 資料中心和 AI 部門執行副總裁賈斯汀·霍塔德（Justin Hotard）告訴我們。

「我認為這將真正讓我們能夠在基礎產品上提供更多選擇，但減少選擇之間的摩擦。」諾羅德補充說。

然而，這個小組的影響需要一些時間才能反映到產品上。諾羅德強調，矽晶片的開發可能需要數月甚至數年。因此，「我不認為這會在未來一年內反映到產品中。」

對於最終使用者來說，這種改變的好處是顯而易見的，理論上而言，無論是利用 Intel 還是 AMD 的產品，專業化的需求將減少，這是我們相信大型數據中心運營商會非常欣賞的。

然而，對於這兩個長期競爭對手來說，這一變化可能會對該架構的未來發展產生重大影響。雖然這兩家晶片製造商在向量擴展方面已經趕上了彼此，但 Intel 仍然擁有其用於基於 CPU 的 AI 推理加速的進階矩陣擴展 (AMX)。

這些擴充技術是否會被淘汰，還是某些版本最終會進入 AMD 的 Epyc 和 Ryzen 處理器，尚未可知。我們毫不懷疑，無論哪一方的系統單晶片（SoC）設計師都會非常樂於重新佔據目前被 NPU（神經處理單元）佔用的矽晶片面積。

「我認為我們不希望承諾『我們將在某個時間框架內支援或不支援這個技術』，但我認為我們的目的是希望能夠一致地支援各種技術，」霍塔德表示。

雖然諾羅德和霍塔德拒絕評論 x86 的具體變化，但最近的發展，特別是 Intel 方面的發展，讓我們對 ISA 的發展軌跡有了一些了解。

今年 6 月，Intel 發布了其提出的 x86S 規範的更新，這是一個精簡版的 ISA，沒有遺留的臃腫軟體——最顯著的是 32 位元和 16 位元執行模式。據我們了解，32 位元程式碼仍然可以運行，儘管是在相容模式下。

還有我們去年研究過的 AVX10 規範，它使 AVX512 的許多更有吸引力的功能得以實現。在新規範下，AVX10 相容晶片將在很大程度上共享一個共同的功能集——包括 32 個暫存器、k 遮罩和 FP16 支援——並且最低支援 256 位元寬的暫存器。

AVX10 對 Intel 來說很重要，Intel 已經過渡到具有 P 核心和 E 核心 CPU 的雙堆疊 Xeon 路線圖，例如 Granite Rapids 和 Sierra Forest，後者缺乏對 AVX512 的支援。

AMD 高密度的 Zen C 核心沒有這個限制，但可以通過雙倍運行 256 位元資料通道，來實現更低功耗的 AVX512 支援。在新成立的諮詢小組下，Intel 是否會推進 AVX10 或借用 AMD 的實作方案是另一個未知數，但只要有足夠的時間，我們可以預期這兩家晶片製造商將圍繞一個共同的實作方案，無論是 AVX、AMX 還是其他方案。

當然，這取決於Intel和 AMD 是否能夠就如何應對行業需求達成一致。

話雖如此，更加一致的 ISA 可能有助於抑制越來越多的 Arm 相容 CPU 進入雲端數據中心。儘管這些晶片使用的核心可能有所不同——大多數使用 Arm 的 Neoverse 核心，但有些，如 Ampere 則開發了自己的核心——但它們大多使用的是較舊的 ARMv8 或 ARMv9 ISA，這確保了除了少數例外，在一個个平台上開發的程式碼應該可以在另一个平台上毫無問題地運行。