Est-il possible de proposer un processeur compatible x86 sans posséder la licence tout en gardant des performances correctes ? La Chine semble penser que oui. En effet, le prochain CPU de la famille Loongson — le Godson-3 — proposera un système d'aide qui va permettre de proposer un support du x86 en émulation avec une aide au niveau matériel.

Godson-3

Les Godson sont des processeurs 64 bits basés sur l'architecture MIPS, un jeu d'instruction assez courant dans le monde de l'embarqué. Le Godson-3, qui va être produit en 65 nm par ST-Micro, est un processeur à quatre cores, utilisant un bus HyperTransport (comme les processeurs AMD) et étant équipé de 4 Mo de cache de niveau 2 (1 Mo par core). Cadencé entre 1 et 1,2 GHz, pour 10 W de consommation, ce processeur semble efficace. Et, ce qui nous intéresse, il sera capable d'accélérer l'émulation des instructions x86, ce qui évite de payer une licence (et de créer de toutes pièces un processeur x86) tout en gardant des performances correctes.

Une émulation assistée

L'idée est simple : un émulateur totalement logiciel est généralement lent, les jeux d'instructions des différentes architectures étant souvent très différents, notamment sur la FPU. Et le x86 est un jeu d'instruction compliqué à émuler, d'une part par son héritage CISC et ses multiples variantes, d'autre part à cause de sa FPU atypique, le x87. Pour se donner une idée, un exemple est donné : un code assembleur de 2 instructions en x87 doit être transformé, en temps normal, en 22 instructions MIPS. Même si les latences ne sont évidemment pas identiques, on se rend bien comptes que la version transformée pour le MIPS doit poser des problèmes de performances. L'idée des ingénieurs chinois est donc de déléguer une partie de la transformation au processeur lui-même. Sans entrer dans les détails, quatre techniques sont utilisées. La première consiste à gérer de façon matérielle le fonctionnement en pile du x87 et donc d'accélérer de façon substantielle les calculs sur la FPU. Quelques exceptions spécifiques semblent gérées de façon logicielle, mais l'ensemble reste a priori plus rapide qu'une simple émulation. Second point, une unité est capable d'accélérer certaines instructions x86 en les décodant directement. Typiquement, il s'agit des instructions de base, qui sont communes à la majorité des processeurs, et dont seule la syntaxe change en fonction du jeu d'instruction. La troisième consiste essentiellement à effectuer de la prédiction de branchement en aidant matériellement l'émulateur à gérer correctement les branchements. Enfin, la dernière optimisation permet de passer facilement d’un programme en jeu d'instructions MIPS à un programme en « émulation x86 » de façon rapide, avec notamment un système pour sauver rapidement les registres.

Des performances correctes

Selon les premiers tests (effectués sur des versions FPGA et sur des simulateurs),un code x86 exécuté sur un Godson-3 de façon classique (avec une émulation totalement logicielle) offre environ 20 % des performances natives alors que le même programme lancé avec l'aide matérielle permet d'atteindre environ 70 % des performances natives. Par performances natives on entend la comparaison entre un programme compilé en MIPS et exécuté sur le Godson-3 et le même programme compilé en x86 sur le Godson-3. Le problème va donc être double : les tests sont pour le moment effectués sur un FPGA (puce programmable) cadencé à 50 MHz (les performances étant extrapolées ensuite pour un Godson à 1 GHz) et il faudra que le Godson-3, en natif, soit performant. Un problème qui n'en est a priori pas un, le Godson-2 étant un processeur plutôt correct, surtout pour un second essai.

Dans les faits, il faut bien se rendre compte d'une chose : ce processeur est destiné au marché chinois et il y a peu de chance qu'il débarque de façon massive en occident. Rappelons que le Godson-2, un succès en Chine, n'est disponible que de manière anecdotique dans nos contrées (via un netbook Emtec).

Source : ICCD