Por que 256 Bits é o limite atual em máquinas domésticas?
Vamos entender abaixo o por quê das máquinas domésticas terem um limite de 256 no tamanho das Instruções Vetoriais, embora já existam registradores vetoriais de 512 ou mais (especialmente vendidos e adotados para data centers).
1. Design de Hardware e Compatibilidade
Histórico das Extensões SIMD
As CPUs x86 começaram com MMX (64 bits) nos anos 90, evoluíram para SSE (128 bits) nos anos 2000, e chegaram a AVX (256 bits) em 2011 com a arquitetura Sandy Bridge da Intel.
O AVX-512 (512 bits) foi introduzido em 2013 (Skylake-X), mas é restrito a servidores e workstations high-end, não sendo comum em dispositivos domésticos.
Compatibilidade Retroativa
Fabricantes como Intel e AMD priorizam arquiteturas amplamente suportadas (SSE, AVX, AVX2) em CPUs domésticas para garantir que softwares funcionem sem necessidade de recompilação para instruções mais avançadas como AVX-512.
ARM e NEON
Em dispositivos móveis (ex.: celulares), o ARM NEON é amplamente usado com 128 bits. Embora o SVE (Scalable Vector Extension) permita tamanhos maiores (até 2048 bits em teoria), sua adoção em chips domésticos (ex.: A-series da Apple ou Snapdragon) ainda é limitada, e os designs ficam em 128 ou 256 bits para eficiência.
2. Custo Energético e Térmico
Consumo de Energia
Registradores maiores (ex.: 512 bits) exigem mais energia para operações vetoriais, o que é crítico em dispositivos domésticos como notebooks e celulares, onde a eficiência energética é prioritária.
Exemplo: O AVX-512 em CPUs Intel reduz a frequência da CPU (downclocking) para gerenciar calor e energia, um tradeoff indesejável em laptops ou desktops comuns.
Dissipação de Calor
Em processadores domésticos, o espaço para resfriamento é limitado (ex.: ventiladores pequenos ou designs fanless em ultrabooks). Instruções de 256 bits já são um compromisso entre desempenho e calor, enquanto 512 bits exigiriam resfriamento mais robusto, típico de servidores.
3. Complexidade de Fabricação
Tamanho dos Registradores Vetoriais
Registradores vetoriais maiores e suas unidades de execução ocupam mais espaço no chip. Em CPUs domésticas, os fabricantes (Intel, AMD, ARM) precisam equilibrar o espaço entre núcleos, cache e unidades SIMD.
Exemplo: Um chip com AVX-512 exige mais transistores, aumentando custos e reduzindo o yield (taxa de produção de chips funcionais).
Custo de Produção
Dispositivos domésticos são sensíveis a preço. Adicionar suporte a 512 bits elevaria os custos, o que não se justifica para a maioria dos workloads típicos (navegação, jogos, edição leve).
4. Demanda de Software
Uso Limitado
A maioria dos aplicativos domésticos (navegadores, jogos, editores de vídeo) não explora plenamente nem mesmo 256 bits. Workloads que beneficiam 512 bits (ex.: simulações científicas, aprendizado de máquina) são mais comuns em servidores ou GPUs dedicadas.
Overhead de Programação
Compilar para AVX-512 exige ajustes (ex.: alinhamento de memória, gerenciamento de dependências), e muitos desenvolvedores evitam isso para manter compatibilidade com CPUs mais antigas ou menos potentes (ex.: laptops de entrada com apenas SSE/AVX).
5. Alternativas em GPUs
Em máquinas domésticas, tarefas altamente paralelas (ex.: renderização 3D, treinamento de IA) são delegadas a GPUs, que têm arquiteturas SIMD massivamente paralelas (ex.: NVIDIA CUDA com milhares de threads).