Intel y AMD podrían eliminar un 40% de las instrucciones de sus CPU x86 ganando área disponible, reduciendo el consumo y mejorando la latencia

Durante décadas, la arquitectura x86, tanto en las CPU de Intel o AMD, ha cargado con un problema estructural: la necesidad de mantener miles de instrucciones heredadas que hoy apenas tienen uso real. Durante los últimos años, sobre todo desde 2023 hacia acá, se ha debatido mucho sobre el hacer la ISA más simple, más liviana, y de hecho, Intel está en ello. Lo que tenemos hoy, gracias a los investigadores de la Universidad de Campinas presentan SHRINK, un mecanismo que pone cifras a esta losa histórica y demuestra que un gran porcentaje de esas instrucciones de CPU se pueden eliminar sin consecuencias. Además, hacerlo aportaría unas ventajas que, realmente, serían definitorias para su lucha contra RISC-V o Arm, por ejemplo.

En un análisis exhaustivo de software bajo Windows y Linux entre 1995 y 2012, los autores encontraron que más de 500 instrucciones jamás fueron utilizadas. El resultado es que casi un 40% de la ISA actual podría desaparecer sin consecuencias prácticas para el usuario. Y ese porcentaje es realmente tremendo, porque es casi la mitad de las instrucciones existentes, un lastre a todas luces.

SHRINK, el mecanismo que demuestra que eliminar gran parte de las instrucciones de las CPU de Intel y AMD daría unas ventajas increíbles, con apenas consecuencias

El enfoque de SHRINK no es simplemente borrar el pasado, sino reciclar instrucciones. La idea consiste en retirar aquellas que han quedado obsoletas y reutilizar su espacio de codificación para asignarlo a nuevas operaciones.

Es decir, no es simplemente eliminar instrucciones de la ISA para las CPU de Intel y AMD, sino que SHRINK, como mecanismo, afirma que podrían incluirse nuevas a cambio, que mejoren el rendimiento y la eficiencia, o bien, usar lo borrado para otras causas igual de importantes y en el mismo ámbito.

De hecho, el software antiguo seguiría funcionando gracias a mecanismos de emulación, que atrapan las llamadas a instrucciones retiradas y las traducen sobre la marcha. Con este método, la compatibilidad con software y aplicaciones heredadas se mantiene intacta, pero la CPU se libera de la pesada carga de implementar en hardware operaciones que nadie usa. Como vimos hace ya casi un año, Intel está en ese proceso, inmerso, para lograr, curiosamente, parte de las ventajas que vamos a ver ahora.

Más área disponible en el silicio, menos latencia, menor consumo

Los beneficios que aporta este rediseño son contundentes. Según el estudio, al aplicar SHRINK el decodificador de instrucciones mejora su camino crítico en un 23%, lo que nos deja menor latencia general y más rendimiento, el área de silicio se reduce en un 48% (menores costes de fabricación al ser chips más pequeños) y el consumo de energía cae en torno al 49%.

Además, al reciclar códigos cortos para las instrucciones modernas más frecuentes, los binarios ganan densidad, se reducen los fallos en caché Hit-Miss y se aprovecha mejor el ancho de banda de memoria. Incluso en el peor escenario, la penalización por emular instrucciones retiradas se mantiene por debajo del 5% en software legado. Las ventajas son máximas, las desventajas, mínimas.

El modelo también introduce un ciclo de vida para las instrucciones: nacen, se popularizan en compiladores, caen en desuso y finalmente son recicladas, algo muy común con el paso de los años y el avance de la ISA, pero que, curiosamente, no se está aplicando en x86. De hacerlo de esta forma, dicha ISA dejaría de crecer de manera incontrolada y ganaría en sostenibilidad, evitando que nuevas instrucciones tengan que ocupar varios bytes adicionales por falta de espacio.

Esto no solo simplifica el diseño del procesador, también reduce costes de verificación y pruebas, aligerando el peso que arrastra cada nueva generación de CPU. Quizá el futuro del x86 no esté en añadir sin parar nuevas operaciones, sino en aprender a borrar inteligentemente las que ya no sirven, algo que comprendió Arm hace mucho.

Ahora, tras unirse AMD e Intel, parece que ambos han comprendido que el camino a seguir es el que marca SHRINK: eliminar instrucciones de CPU sobrantes o que ya no se usan. De nuevo, puro sentido común, que, en este caso, no parece haber sido usado durante los últimos 20 años.