Linus Torvalds 對 AVX-512 的批評是否公道
身為電腦的基礎語言，一套在市場活躍的指令集架構，也會隨著應用需求而持續擴充，支配伺服器和個人電腦的 80x86，其 SIMD（單一指令，多重資料）指令集延伸也從 MMX 一路疊床架屋到 AVX-512。
最近英特爾向 GNU 編譯器套件 GCC 提交關於新一代 Xeon 處理器 Sapphire Rapids 和桌上型處理器 Alder Lake 的最佳化代碼，其中由大核 Golden Cove 與小核 Gracemont 組成的 Alder Lake，取消支援 AVX-512 指令集。無獨有偶，英特爾近期正式發表的 3D 封裝混合架構處理器 Lakefield，Sunny Cove 大核也封印 AVX-512。原因也很簡單，因為小核並未支援 AVX-512，為了避免應用程式執行錯誤，所以就「維持一致性」。
然後 Linux 之父 Linus Torvalds 開砲了：他希望 AVX-512 痛苦的死去（AVX-512 Dies A Painful Death），AVX2 已經夠用，英特爾不該為了高效能運算（HPC）這種特殊的應用和讓效能測試數據看起來更厲害「創造魔法指令集」而浪費大量電晶體，應更重視常規代碼，像 AMD 這樣給他更多核心與良好的單執行緒性能（程式使用 AVX-512 會激增耗電，強迫處理器降頻）。就算追求更強的浮點運算，GPU 的理論運算效能，還是比擁有 AVX-512 的 x86 處理器強大。
▲ Linus Torvalds。（Source：Krd / CC BY-SA）
接著網路對此議論紛紛。有挺身支持，也有嗤之以鼻者，更多是路過看熱鬧的。在這之前，筆者必須先替各位複習一下 AVX-512 的現況，再瞧瞧 Linus 大神的情緒性批判是否公允。
AVX（Advanced Vector Extensions）是什麼？
x86 指令集史上最重要的擴張，沒有之一。除了定義 256 位元寬的 YMM 資料暫存器，更藉由新增的 VEX（Vector Extension）指令編碼欄位，「集縮」所有可能影響指令編碼長度的資訊，處理器不需讀取大半個指令，就可知道「這個指令大概想幹什麼」，不僅可簡化指令擷取單元和指令解碼器的設計，並達成三運算元指令與保留四運算元的擴充彈性。
講白話點，AVX 是「經由改良指令集架構，更好實做高效能處理器微架構」的案例，近年來另一個知名例子，則是邁向 64 位元的 ARMv8 取消引述執行（Predication）以便實做更強大的非循序指令預測執行。
也因此，英特爾也使用 VEX 編碼「再創造」舊指令，包含用來取代老舊 SSE 的 AVX-128，也鼓勵軟體開發者儘快轉移。如此一來，英特爾就更能放手一搏，研發處理器時專心對 AVX 最佳化，將電晶體預算集中在最常用指令的刀口上，舊指令跑得慢沒關係，維持相容性即可。
AVX-512 是什麼？
AVX-512 在 2013 年 7 月由英特爾發布，是繼 2011 年 Sandy Bridge 的 AVX 與 2013 年 Haswell 的 AVX2 後的再延伸，首度出現在 2016 年 6 月上市的 Xeon Phi 7200 系列（代號 Knights Landing），在 2017 年才登陸「正常」的高階 x86 處理器（Skylake-SP，Skylake-S）。
不難理解，AVX-512 打從一開始就不是給一般人使用的東西。
AVX-512 改善了什麼？
- SIMD暫存器（ZMM）的長度和數量都倍增。
追加四運算元指令（A＝B×C＋D）。
向量指令集必備的遮罩（Mask）暫存器。
- 向量指令集所需的運算元聚集（Gather）與分散（Scatter）指令。
那 AMD 的處理器目前有支援 AVX-512 嗎？
沒有，等 Zen 3 再看看。有趣的是，VIA 的 Centaur CHA，搶先在 AMD 之前相容 AVX-512。
為何連英特爾自家 x86 處理器都沒有全面性支援 AVX-512？
因為 AVX-512 的相關硬體很吃電晶體空間和耗電量，英特爾也是從 10 奈米製程的 Cannon Lake 開始，才逐漸「下放」AVX-512 到一般個人電腦產品線，在這之前也僅限於伺服器（Xeon）與高效能運算（Xeon Phi）。
Linus Torvalds 說到「單執行緒」效能是怎麼回事？
不必講到 AVX-512，執行 AVX 指令會降低處理器時脈這件事，更早就發生了，這會讓性能不升反降，像知名 CDN 業者 Cloudflare，維護人員早在兩年前就做過詳細分析。
那麼「市場零碎化」？
即使「支援 AVX-512」，每個處理器系列對應的版本細節也不一樣，原因跟英特爾幾年來汲汲營營於「人工智慧」息息相關，這讓 x86 處理器的相容性更零碎化，也提高了程式最佳化的困難度。過去一講到「x86 指令集缺乏業界標準」只會想到英特爾的競爭對手自行定義專用指令，如 Cyrix 的 EMMI / MMX-FP、AMD 的 3DNow! 和未成真的 SSE5，結果現在反而是英特爾自己家裡先亂起來。
像英特爾在 Xeon Phi 7205 系列（代號 Knights Mill）為了強化深度學習的 QVNNI（QFMA＋VNNI）、Cascade Lake 為了強化推論效能而增加的 VNNI（16 位元短整數）、Cooper Lake 因應 Facebook 等大客戶的深度學習需求補上 BF16 浮點數格式，都讓 AVX-512 版本混亂不堪，還發生新型處理器的支援度不見得比舊產品完整的糟糕狀況。
Linus Torvalds 的情緒性批評公道嗎？
筆者在此不下結論，但各位可想想幾個問題：
假如英特爾製程技術維持領先地位，今天會有這樣的「雜音」嗎？
如果 AMD 日後也支援 AVX-512，也沒碰到英特爾的降低時脈麻煩，Linus Torvalds 的反應會不會不一樣？
英特爾在主流桌上型處理器開了取消 AVX-512 第一槍，是否意味 AVX-512 將淡出個人電腦舞台？
最後，唯一可以確定的是，人有才氣，必有脾氣，看來 Linus Torvalds 這個人的脾氣真的很暴躁（Grumpy）。