O que é a capacidade de processamento “Out of order” de um CPU, e porque ela é relevante na obtenção de boas performances

Esta é uma tecnologia que se formos ler a explicação técnica se torna difícil de ser compreendida, mas que pode ser facilmente assimilada com um bom exemplo.

Xbox 360 e PS3 destacaram-se no seu tempo. No entanto, tanto uma consola como a outra, revelavam-se um pesadelo para os programadores, e o motivo??? A ausência de capacidade de processamento “Out of Order”.

Basicamente este tipo de lacuna tinha um enorme impacto na performance dos videojogos, obrigando a que todo o código tivesse de ser optimizado manualmente, de forma a que tais situações não ocorressem. E uma fez isso feito, os ganhos na performance, eram enormes, mas com um custo… Uma perda enorme de tempo na optimização manual de todo o código.

Mas então em que consiste a execução “Out of Order”?

Vamos ver um exemplo, usando umas pequenas linhas de código:

int x = 16;
x=x+4;
int y= 25;

Para quem não entende código, o que temos aqui é muito básico.

A primeira linha cria uma variável de nome x, que é definida como sendo um número inteiro, e que vai tomar o valor 16.

A segunda linha diz que x vai passar a ser o valor que x tem naquele momento, neste caso 16 conforme definido na linha anterior, ao qual acresce 4, ficando assim, x = 20

Finalmente, a terceira linha cria uma nova variável de nome y, igualmente um valor inteiro, com o valor 25.

Como podem perceber, no fundo este código não faz verdadeiramente nada, sendo que, a existir, faria parte de um conjunto de linhas de código bem mais complexo, que nos daria algum tipo de output.

Mas o relevante aqui não é o que o código faz, mas sim perceber que, executado este código, ele num processador sem capacidade de processamento “Out of Order”, ele vai correr sequencialmente, ou seja, pela ordem definida.

Ou seja, a primeira coisa que vai ser feita será a criação da variável, que será um numero inteiro, x, e à qual seria atribuído o valor 16.

A segunda coisa seria pegar no valor de x, somar 2, e substituir o valor anterior de x pelo novo valor, ou seja, 20.

A terceira, seria repetir o que se fez na primeira linha, mas agora para a variável inteira y, com o valor 25.

Ora neste código temos aqui uma dependência. Basicamente a segunda linha só pode ser executada após a atribuição de um valor inicial a x.

Mas a primeira e terceira linha não possuem qualquer dependência, podendo ser executadas imediatamente.

E sim, poder poderiam… não fosse o facto de este processador não suportar processamento “Out of Order”. E dessa forma,, como referido, as linhas são processadas sequencialmente, e isso quer dizer que y só é definido e recebe um valor, após x ter sido definido e atribuído um valor, e a operação seguinte de soma ter sido efetuada.

Resumidamente, temos isto:

int x = 16;
x=x+4; // Temos uma dependência da linha anterior
int y= 25; // Tem forçosamente de aguardar pelo processamento do que está antes, antes de poder ser processado.

O que isto quer dizer é que se fizermos a seguinte alteração ao código:

int y= 25;
int x = 16;
x=x+4; // Temos uma dependência da linha anterior

Não alteramos absolutamente nada no processamento, mas, mesmo indo sequencialmente pela ordem do código, y recebe logo uma atribuição, sem ter de esperar pelo cálculo que o prendia antes.

Ora isto é super relevante, pois num código e CPU capaz de multi threaded, que processa várias coisas ao mesmo tempo, um outro núcleo ou thread pode pegar no valor de Y e iniciar o processamento, sem ter de esperar pelo cálculo adicional feito à variável x.

Repitam isto milhões de vezes num código sequencial e cíclico, de um jogo, e temos aqui ganhos de performance tremendos por tempo que se poupa no processamento.

E neste caso a linha com dependência é uma coisa simples, mas esta poderia perfeitamente ser um cálculo complexo ou um subrotina completa.

Ora o que um CPU com capacidade de processamento “Out of Order” faria seria algo muito similar à alteração ao código que fizemos aqui. A diferença é que ele não alteraria a ordem das linhas de código, mas analisaria as mesmas a ver o que pode ser processado sem ter de esperar. Seria basicamente equivalente ao ajuste manual que acabamos de fazer, mas algo feito de forma automatizada e sem necessidade de intervenção manual.

Basicamente, com este exemplo simplificado, espero que tenham percebido o que é o processamento “Out of Order”, que como o nome indica, implica não seguir a ordem escrita, mas sim analisar de forma automatizada, dentro dos comandos recebidos, o que pode ser processado imediatamente, e o que tem de esperar, e o motivo pelo qual, PS4 e Xbox One, usaram CPUs com esta capacidade, reduzindo assim o tempo necessário para se optimizar os jogos.