AMD、英特爾合力推動x86架構進化 4大功能助CPU安全與性能升級

記者孫敬／編譯

自超微（AMD）和英特爾（Intel）成立「x86生態系諮詢小組」（x86 Ecosystem Advisory Group， x86 EAG）以來，至今已滿一週年。這個聯盟意在協調x86指令集架構（ISA）的演進，確保新的功能能夠同時獲得這兩大CPU設計巨頭的支持。

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AVX10強化運算，ChkTag記憶體安全入列

在成立的第一年， AMD和英特爾已成功批准了4項新功能，這些功能將獲得雙方未來處理器的支援，包含業界期待已久的記憶體標記（Memory Tagging）技術。

這4項經AMD和英特爾共同核准的跨供應商新功能包含：

• FRED（Flexible Return and Event Delivery，彈性返回與事件交付）：作為標準功能定案， FRED導入現代化的中斷模型，以減少延遲並提高系統軟體的可靠性。
• AVX10（Advanced Vector eXtensions）：確立為下一代向量和通用指令集擴展， AVX10可提升數據吞吐量。
• ChkTag（x86 Memory Tagging，記憶體標記）：對抗長期存在的記憶體安全漏洞（如緩衝區溢出、use−after−free 錯誤）， EAG推出了統一的記憶體標記規範。
• ACE（Advanced Matrix Extensions for Matrix Multiplication，矩陣乘法進階擴展）：ACE已被接受並在整個技術堆棧中實施，它標準化了矩陣乘法能力。

FRED硬體加速模式切換，解決CPU高延遲與安全痛點

FRED（Flexible Return and Event Delivery）是英特爾於2023年首次公開的功能，以取代傳統x86中斷與異常機制。該技術設計目的在於簡化上下文切換（context switches）、減少延遲，並提升作業系統工作時的性能和安全性。FRED透過硬體定義的進入和退出路徑，加速CPU在使用者模式（ring 3）和核心模式（ring 0）之間的切換。

這項功能雖然聽起來不那麼引人注目，但取代舊有的x86機制（使用中斷描述符表IDT和IRET）卻是重大突破。目前，應用程式與作業系統的每次交互（每秒發生數百萬次）都需要CPU進行模式切換，這在現有機器上會造成相當高的延遲。由於傳統的IDT和IRET機制是由軟體管理的，而FRED提供了硬體定義和驗證的進入與返回路徑，因此用FRED取代前者能同時提升性能、可靠性及安全性。此前AMD對FRED的立場不明，但經x86 EAG認可為跨供應商功能後，它將逐漸被加入AMD的平台。

或許，這批跨供應商功能中最引人注目的，是ChkTag（x86 Memory Tagging）功能，它能直接在硬體中捕獲記憶體安全錯誤，例如緩衝區溢位、釋放後使用漏洞和記憶體越界存取等問題。記憶體標記正迅速成為現代CPU的標準配備，因為它價值高（能在硬體中捕獲多種錯誤）且易於實施，這也是蘋果（Apple）和Ampere等公司的現代處理器，已支援Arm的MTE技術的原因。

AVX10與AMX將成新CPU標準

英特爾的Granite Rapids處理器已支援AVX10.1和AMX，而Sapphire Rapids則是第一個支援AMX指令的系列。藉由x86 EAG的批准，AVX10和AMX未來將獲得AMD下一代處理器的支援。雖然目前尚不清楚AMD會從Zen6或Zen7開始導入，但這標誌著兩大陣營在運算性能強化上達成了一致。

儘管x86 EAG的宣布，表明AMD和英特爾都承諾支援FRED和ChkTag功能，但並沒有強制要求在特定時間範圍內實施。由於這些深度硬體變更通常需要內建到CPU微架構中，因此預計FRED和ChkTag的全面支援可能還需要數年時間才會實現。

資料來源：Tom’s Hardware、AMD