Разделы

ПО Свободное ПО Техника

Процессоры AMD тормозят под Linux из-за кривого кода 20-летней давности

В ядре Linux есть код, мешающий современным чипам AMD работать на полную мощность. Ему уже 20 лет, но момент выпуска он был необходим для корректной работы процессоров тех лет. Проблема не зацепила CPU Intel – в них от нее есть встроенная защита. Новый патч к ядру готов – он разработан внутри AMD и уже доказал свою эффективность.

Когда старые технологии начинают мешать

Современные процессоры AMD не в состоянии раскрыть свой потенциал в дистрибутивах Linux из-за патча к ядру, добавленному 20 лет назад, в 2002 г. Как пишет портал Ars Technica, из-за него Linux считает, что за 20 лет у AMD не вышло ни одного нового процессора – он по-прежнему полагает, что производительные Threadripper – это процессоры линейки Athlon, со всеми вытекающими из этого последствиями.

Патч для ядра Linux написал разработчик Энди Гровер (Andy Grover), и он был одобрен лично Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds) – создателем Linux. Этот патч вносил в ядро поддержку ACPI – открытого промышленного стандарта образца 1996 г., который позволяет определять единый интерфейс обнаружения аппаратного обеспечения, управления питанием и конфигурации материнской платы и устройств компьютера.

Иногда в тормозах процессора виновата святая святых - ядро ОС

Апдейт за авторством Гровера включает, помимо прочего, еще и активацию «фиктивной операции ожидания» (dummy wait op). В результате система считывала данные с единственной целью – для задержки следующей инструкции процессора до тех пор, пока у CPU появится возможность полной остановки при помощи инструкции STPCLK#.

Свою пользу патч Гровера, вне всякого сомнения, принес, однако к 2022 г. он давно утратил свою актуальность. Если на момент 2002 г. развертывание ACPI еще продолжалось, и многие CPU еще не умели переходить в режим ожидания без данного обновления и экономить энергию, то спустя 20 лет эта проблема давно была решена. Однако работе современных процессоров AMD разработка Энди Гровера может мешать.

Патч к патчу

В компании AMD творение Гровера, вероятно, считают как минимум бесполезным, максимум – вредным. Инженер Пратик Наяк (Prateek Nayak) из ее штата разработал собственное дополнение к ядру Linux, привносящее в него функцию «фиктивного ожидания для процессоров с архитектурой Zen». В настоящее время у AMD на руках три поколения данной архитектуры, и она в ускоренном темпе работает над Zen 4.

linux600.jpg
Ядро Linux далеко от идеала. Неизвестно сколько еще в нем подобных атавизмов

Пратик Наяк утверждает, что все актуальные CPU компании AMD, в основе которых лежит Zen-архитектура, могут корректно работать в среде Linux, даже если патча Гровера в ядре не будет. Более того, инженер прямо заявил, что наработка Гровера 20-летней давности негативно влияет на производительность современных чипов компании. С его слов, это проявляется как минимум при некоторых рабочих нагрузках. Заявлять, что в ядре Linux содержится код, который замедляет современные Epyc, Threadripper и Ryzen на постоянной основе, Наяк, видимо, не решился. Вместо этого он сказал, что проблема становится все более заметной с увеличением количества ядер в процессоре. Из этого можно сделать вывод, что сильнее всего страдают чипы линеек Threadripper и Epyc.

Все заработало

Достоверность своей теории и работоспособность созданного им патча инженер AMD доказал наглядно, проведя несколько замеров производительности. Согласно полученным им данным, патч Энди Гровера в ядре Linux действительно крайне разрушительно влияет на производительность процессоров AMD.

cpu601.jpg
Результат налицо

Так, в версии с патчем Наяка одна система выдавала колоссальную минимальную пропускную способность МБ/с – она была на 1390% выше в сравнении с той же системой, но без кода Наяка. Средняя пропускная способность МБ/с была на 51% выше в пользу решения Наяка.

Intel «в домике»

AMD и Intel – два заклятых конкурента на рынке х86-процессоров для ПК, ноутбуков и серверов. Они соперничают не годами – десятилетиями, и патч Энди Гровера, казалось бы, должен был зацепить еще Core вместе с Pentium, Celeron и Xeon.

Сможет ли Россия преодолеть кадровый дефицит в сфере ИТ
Поддержка ИТ-отрасли

Однако же современные чипы Intel оказались невосприимчивы к тому, что 20 лет назад выпустил Энди Гровер. Инженеры Intel, как выяснилось, давно осведомлены об этой проблеме, и потому в процессорах компании на протяжении как минимум 10 последних лет есть функция обхода его патча для Linux.

У Intel, к слову, тоже готово исправление данной проблемы 20-летней давности – его разработал сотрудник компании Дэйв Хансен (Dave Hansen). Он планирует в обозримом будущем направить его разработчикам ядра с целью рассмотрения возможности интеграции в ядро Linux 6.0.

Следует отметить, что в ОС семейства Windows тоже встречаются инструменты замедления производительности современных CPU. Такая «фишка», как сообщал CNews, есть в новейшей Windows 11. Microsoft попыталась все исправить, но лишь усугубила проблему. Только много позже ей удалось справиться с поставленной задачей.

Евгений Черкесов