Процессорной архитектуре X86 исполняется 40 лет

Интеграция Электроника
мобильная версия
, Текст: Владимир Бахур

Прошло почти 40 лет с того момента, как Intel представила свой первый микропроцессор на базе архитектуры x86 – Intel 8086. С начала своего выпуска 8 июня 1987 года микропроцессоры 8086 стали основой для первых персональных компьютеров IBM.

Благодаря дисциплине, творческому потенциалу и следованию закону Мура Intel продолжает развивать инновации и с каждым новым поколением процессоров представлять все новые усовершенствования в архитектуре набора команд x86. Технологии Intel позволили компании добиться настоящего коммерческого успеха, и мы тщательно защищаем свои права на интеллектуальную собственность в этих изобретениях. 

Одним из самых первых усовершенствований в наборе команд x86 ISA стала технология MMX, представленная в 1996 году. 

«Это расширение набора команд позволило ускорить вычисления, необходимые для того, что называлось в то время «мультимедийным опытом» (MultiMedia eXperience) и включало в себя звук, 2D и 3D графику, видео, синтез и распознавание речи, а также алгоритмы передачи данных. Это позволило разработчикам ПО создавать еще более насыщенные и интересные приложения для ПК», – сказал Алекс Пелег (Alex Peleg), научный сотрудник в Intel и один из изобретателей технологии Intel MMX.  

Представленное в 1999 году расширение Streaming SIMD Extensions (SSE) включало в себя специализированные команды для приложений, работающих с огромными объемами чисел с плавающей запятой единичной точности (3D геометрией, 3D рендерингом, кодированием и декодированием видео). 

«Увеличение производительности за счет расширения набора команд SIMD-FP ISA для вычислений единичной точности позволило добиться улучшения качества изображения в 3D приложениях реального времени, и таким образом повысить качество визуализации на платформах PC, позволяя осуществлять рендеринг сложных миров в режиме реального времени», – сказал Мохаммед Абдаллах (Mohammed Abdallah), научный исследователь в Intel и один из изобретателей технологии Intel SSE.

Расширение набора команд Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2), ставшее еще одним улучшением технологии SIMD, было представлено в микропроцессорах Pentium 4 и процессорах Intel Xeon с расширением SSE2. Расширение SSE2 включало в себя 144 новых 128-битных SIMD инструкций, которые позволили повысить производительность мультимедийных приложений, оптимизировать создание контента, работу научных и инженерных приложений. 

«Расширения Intel SSE2 и  микроархитектура Intel NetBurst, реализованная в процессорах Pentium 4,  помогли улучшить пользовательский опыт при работе с Интернет-аудио и потоковым видео, при обработке изображений, создании видео-контента, в задачах распознавания речи, в 3D приложениях и играх, а также мультимедийных приложениях и многозадачных пользовательских окружениях», – отметил Гленн Хинтон (Glenn Hinton), старший научный сотрудник Intel, отвечавший за разработку микроархитектуры для процессоров Pentium 4, а также один из изобретателей технологии SSE2. 

В последующие годы корпорация Intel продолжила улучшать SIMD возможности своих процессоров, представив расширения SSE3, SSSE3 и SSE4, которые повышали производительность в мультимедийных задачах, в приложениях для работы с изображениями и 3D графикой. Начиная с 2011 в процессорах Intel появились расширения Intel Advanced Vector Extensions (AVX), AVX2 и AVX-512, которые позволяли повысить производительность систем в таких приложениях и рабочих нагрузках как научное моделирование, анализ финансовых данных, искусственный интеллект/глубинное обучение, 3D моделирование и анализ, обработка изображений, аудио и видео, шифрование и сжатие данных. 

Расширение Intel Virtual-Machine Extensions (VMX) позволило запускать на платформе несколько виртуальных систем, каждая из которых могла работать под управлением собственной операционной системы и запускать приложения на отдельных разделах. Чтобы добиться более высокой производительности и простоты в использовании, Intel представила расширение Intel Transactional Synchronization Extensions (TSX).

Intel представила расширение AES New Instructions (AES-NI) – набор инструкций, предназначенный для повышения производительности алгоритма Advanced Encryption Standard (AES) и ускорения шифрования данных на процессорах Intel. Это обеспечило организациям еще более быстрый, более доступный механизм для защиты данных, с более высоким уровнем безопасности. Аналогичным образом, расширение Intel SHA содержало набор инструкций для повышения производительности алгоритма криптографического хэширования Secure Hash Algorithm (SHA), который активно используется для аутентификации сообщений, в цифровой подписи и для обеспечения целостности данных. 

Intel представила расширения Intel Memory Protection Extensions (MPE), призванные повысить уровень защиты программного обеспечения от вредоносных атак с использованием переполнения буфера. Среди других улучшений безопасности в архитектуре набора команд x86 можно выделить расширение Intel Safer Mode Extensions (SMX), которое создано с целью обеспечить максимально полный контроль над запуском системного программного обеспечения, которое создает защищенное окружение для самого себя и для любого дополнительного ПО, которое может быть запущено в этом окружении. Новейшее достижение в области безопасности, расширение Intel Software Guard Extensions (SGX) представляет собой инструмент для защиты конкретного кода и данных от раскрытия или модификации за счет использования защищенных областей памяти для их выполнения. 

Совсем недавно Intel представила запатентованные улучшения в архитектуре набора команд для поддержки технологии Intel Optane, в том числе 3D XPoint, свое революционное решение для работы с памятью, которое позволяет минимизировать задержки и повысить производительность систем при выполнении рабочих нагрузок, предъявляющих особые требования к емкости и скорости работы системы хранения. 

В преддверии 40-летнего юбилея архитектуры x86, Intel неустанно продолжает работать над ее развитием, с каждым поколением процессоров добавляя новые расширения и используя свою специализацию и творческий потенциал для достижения невероятных результатов.