北京
IT时代网8月8日消息，硬件研究者Christopher Domas在代码托管平台上线了一个叫「CPU Deoptimization」的项目，中文可以理解成CPU反优化。名字听着别扭，做的事也确实反着来——它不研究怎么让指令跑得更快，而是专门去找那条能把处理器拖得最慢的机器指令。目前x86架构的榜首是fxrstor64，单次执行耗时约62秒，折算下来相当于1980亿个CPU周期。
平时做指令延迟分析，工程师盯的是低级指令的执行时间，目的是改进处理器架构或者优化程序性能。Domas这个排行榜把方向调了个头，通过构造特殊的运行环境，看哪条x86指令能让处理器停得最久。
fxrstor64凭什么拿第一？这条指令负责恢复SIMD（单指令多数据）计算相关的寄存器状态，需要从一块512字节的内存区域把数据加载回来。Domas先用自己写的mmiotic工具，在处理器内部的PCIe互连结构里找出高延迟区域，再强制CPU走内存映射I/O去读那512字节状态数据，让整个过程尽可能磨蹭。光这一步就花掉约740亿个CPU周期，超过23秒。（内存映射I/O是一种让CPU通过访问内存地址与硬件设备通信的机制，常用于读取设备寄存器数据。）
拖到23秒还不够。Domas接着在加载操作进行期间去耗尽互连资源，用另一组高延迟的MMIO寄存器反复做4字节读取，持续占住CPU的PCIe根复合体，逼着fxrstor64的状态恢复操作在队列里干等。62秒的纪录就是这么攒出来的。
他还有更狠的打算。英特尔Sapphire Rapids处理器支持AMX指令，对应的状态数据区域从512字节膨胀到8KB，Domas计划拿xrstore64做测试，理论上单条指令的执行时间有机会突破1万亿个CPU周期。
榜单本身设了几条规矩：测试平台随便挑，但评分只算单条指令自身的执行时间；能被中断的指令没资格参赛；在处理程序中运行的模拟指令同样不计入。所有测试时间要按CPU基础频率做标准化，平台也不许改装硬件。Domas说，ARM和RISC-V架构的对应榜单也在计划里。
这不是他头一回干这类底层实验。此前他做过一个叫movfuscator的编译器，特点是只用mov这一条数据移动指令来生成C程序代码。至于mmiotic工具，除了找最慢指令，还能分析MMIO访问延迟——通过测量不同物理地址的访问时间，帮研究人员摸清硬件拓扑结构、发现设备寄存器、识别虚拟化环境，以及观察硬件设备的活动状态。
注：本文中包含AI辅助创作的内容。
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