PlayStation 3エミュレータの「RPCS3」がAVX-512をサポートし30％もの劇的な性能向上を実現

PlayStation 3のエミュレータ「RPCS3」の開発者は、最新のCPUで一部採用されているIntelの命令セット「AVX-512」を用いることで示されたパフォーマンスの向上についての詳細をブログで解説している。

Source

Whatcookies’s blog : Why Is AVX 512 Useful for RPCS3?

AVX-512命令を使用し、GoWのエミュレーションでは240FPSを達成

このブログは、RPCS3エミュレータプロジェクトの開発者の1人「Whatcookie」氏によって公開された。それによると、AVX-512命令が、標準のAVX2命令に対してどの程度の優位性を示しているかを実際のパフォーマンス比較を掲載して解説している。

AVX-512は、Intelが提案している拡張命令セットだ。主に科学的シミュレーション、財務分析、人工知能 (AI) / ディープラーニング、3D モデリング / 分析、画像およびオーディオ / ビデオ処理、暗号化、データ圧縮などのワークロードや用途でパフォーマンスを向上させることができるとされている。

今回のエミュレータ用途においては、以下の利点が得られるという。

レジスターファイルの大型化
旧命令の新形式
マスクレジスタ

ブログでは、PS3エミュレータの定番であるRPCS3において、これらの機能がどのようにパフォーマンスを向上させるかを紹介している。テストに使用したCPUはIntel Core i9-12900Kで、5.2GHz、AVX-512を有効にしている。標準のSSE2命令では5FPSしか出なかったが、SSE4.1にすると160FPSの大幅な向上が見られた。これは、PlayStation 3エミュレータに不可欠なSSSE3命令がないためとされている。

AVX2に移行すると、さらに13%の性能向上が得られ、AVX2からAVX-512に変更すると、30%の性能向上で242 FPSを実現している。

SSE4.1ターゲットでは平均160FPSを達成、AVX2/FMAターゲットでは平均190FPSを達成しました。これは、SSE4.1のターゲットと比較して18%の改善となる。AVX2はSSE4.1に比べて新しい命令はあまり含まれていないが、新しい3オペランド形式の命令が含まれており、多くのレジスタからレジスタへのmov命令が不要になった。重要なのは、AVX2をサポートするすべてのCPUがFMA命令もサポートしていることです。FMA命令は、単に乗算＋加算命令のチェーンよりも高速なだけでなく、乗算と加算の間で単精度に丸められないため、異なる結果を出すことができます。FMA命令なしでこれを正確にエミュレートするとオーバーヘッドがかかるので、ネイティブのFMA演算はかなり助けになる。
Icelake層のAVX-512ターゲットは、AVX2/FMAターゲットよりも23％高速で、平均235FPSという驚異的な数値を叩き出しています。AVX-512で追加された新命令の数は非常に多く、そのうちのかなりの数がRPCS3で役に立つことになる。既存のSSE命令をそのまま256bitに拡張したAVX2とは異なり、AVX-512では、低ビット幅でもSIMDプログラミングに非常に有用な新機能が大量に追加されている。しかし、intelはAVX-512を-512という名前で販売することにしたため、この命令セットに詳しくない人は、通常512ビットベクタの側面に注目することになる。
Whatcookie’s Blog

登場当初はあまり評判の芳しくなかったAVX-512について、Intelは第12世代Alder Lake CPUからサポートを廃止しているが、性能のポテンシャルは確認できており、先日発表されたAMDのZen 4「Ryzen 7000」CPUラインナップはサポートを表明しており、実際に大きく活用することで大きなパフォーマンスアップを実現しそうだ。Zen 4コアアーキテクチャがAVX-512をサポートし、Steam Deckの後継や次世代CPUを利用した様々な携帯ゲーム機が登場すれば、その命令セットを利用して古いゲームを優れたパフォーマンスでエミュレーションする事も可能になるかも知れない。