(图片来源: Getty Images)

在追求软件在硬件上高效运行的道路上，指令延迟分析扮演着至关重要的角色。它聚焦于低级指令在处理器上的执行时间，旨在优化硬件架构或调整应用程序以适配特定架构。然而，硬件研究员Christopher Domas（GitHub昵称@xoreaxeaxeax）却独辟蹊径，他创立了CPU降效排行榜，其目标并非让汇编指令运行得更快，而是尽可能慢，以此来测量单条指令的最高延迟。

在这场“慢”的竞赛中，“赢家”是fxrstor64指令，它耗时长达62秒，即超过1980亿个周期才完成执行。该指令负责将SIMD计算所需的寄存器状态恢复到512字节的内存位置。为了获得这一“最高”（即最慢）分数，Domas首先利用他们自主研发的mmiotic工具在内部PCIe结构中定位了一个高延迟区域，随后强制CPU从MMIO（内存映射I/O）加载512字节的状态，本质上是以最慢的速度处理这全部512字节的数据。这一过程耗时740亿个周期，即超过23秒。

随后，Domas更进一步，“在加载过程中让结构处于负载饱和状态”。他们通过从另一个高延迟MMIO寄存器进行一系列4字节的读取操作，从而压垮了CPU的PCIe根复合体，并迫使状态恢复操作在无关紧要的读取操作之后排队等待。接下来，他们利用英特尔Sapphire Rapids中提供的AMX指令进行xrstore64操作，将状态区域从512字节扩展至8KB，这可能导致指令挂起超过1万亿个周期。

x86排行榜现已在GitHub上公开，Domas还计划推出ARM和RISC-V的排行榜。排行榜制定了一些规则，Domas表示，任何测试设置均可，但评分仅针对单条指令的执行。不允许使用可中断指令，也不允许对在处理程序上运行的模拟指令进行评分。所有时间均根据CPU的基础时钟进行归一化处理，且所有平台均在未进行硬件修改的情况下运行。

我们讨论的是汇编代码，因此排名更多取决于如何使用那条指令，而非指令本身。

Domas主要使用了两款CPU进行测试：英特尔酷睿i7-8559U和AMD锐龙7 5800H（搭载于Trigkey S5中）。然而，在测试rdmsr指令时，他们选用了威盛Eden芯片，这是一款21世纪初的嵌入式处理器。rdmsr指令用于读取模型特定寄存器（MSR）。据Domas称，威盛“使用了一个未记录的0x133寄存器，其响应时间极长”。该指令执行耗时202微秒，即161,602个周期。

这并非Domas首次涉足低级指令的疯狂实验。他更早的一个项目，名为movfuscator，是一个仅使用mov（移动）指令的C编译器。

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