Box64 e RISC-V em 2024: condições para rodar The Witcher 3 em RISC-V

História

• Há um ano, o DynaRec RV64 só conseguia rodar jogos nativos de Linux relativamente "fáceis de executar", como Stardew Valley e World of Goo
• Muitas novas instruções x86_64 foram implementadas rapidamente em RISC-V, mas ainda havia muitos bugs no DynaRec
• Na época, não existiam dispositivos RISC-V capazes de conectar placas de vídeo AMD, e as GPUs integradas IMG do VisionFive 2 e do LicheePi 4A não suportavam OpenGL
• Era possível rodar jogos como Stardew Valley usando gl4es, mas isso não era suficiente para jogos Linux mais complexos ou jogos de Windows
• Com o Milk-V Pioneer da Sophgo, passou a ser possível conectar placas de vídeo AMD, e após corrigir muitos bugs do DynaRec RV64 e adicionar novas instruções x86, foi possível rodar The Witcher 3

Estado atual do DynaRec para RISC-V

• O conjunto de instruções x86 é extremamente vasto
• O backend ARM64 implementou mais de 1.600 instruções x86, enquanto o backend RV64 implementou cerca de 1.000
• As instruções SSE foram implementadas como instruções escalares e, em AArch64, usa-se a extensão Neon, enquanto em LoongArch64 usa-se a extensão LSX, o que reduz o desempenho
• O RISC-V tem a extensão vetorial RVV, e o Milk-V Pioneer e os SoCs SpacemiT K1/M1 a suportam
• Recentemente, foi adicionado suporte básico a RVV no box64 e algumas instruções SSE comuns foram implementadas, mas isso ainda está em estágio inicial

Instruções mais necessárias para emulação de x86

• Na emulação de x86, o RISC-V tem menos expressividade do que AArch64 e LoongArch64
• O RISC-V não tem instruções para selecionar um intervalo de bits de um registrador ou inseri-lo no intervalo de bits de outro registrador
• Por exemplo, para implementar a instrução ADD AH, BL em RISC-V são necessárias 10 instruções

A frustração das instruções atômicas de 16 bytes

• O x86 tem instruções de operações atômicas com o prefixo LOCK, e o box64 as emula usando sequências LR/SC
• A instrução LOCK CMPXCHG16B compara e troca 16 bytes de memória, mas o RISC-V não possui uma instrução equivalente
• Por isso, não é possível implementar essa instrução perfeitamente, e muitos programas, como jogos em Unity, usam essa instrução

Conclusão

• Apesar de várias desvantagens, The Witcher 3 roda no box64 a até 15 fps, e no menu principal roda em velocidade total

Resumo do GN⁺

• Rodar The Witcher 3 em RISC-V é um marco importante que mostra avanço técnico
• A emulação de x86 em RISC-V ainda fica atrás de outras arquiteturas, mas pode melhorar com extensões como RVV
• A menor expressividade do RISC-V e a ausência de instruções atômicas de 16 bytes continuam sendo problemas importantes
• Um projeto com função semelhante é um emulador como o QEMU

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• Há uma pergunta sobre o que engenheiros de software precisam fazer de forma diferente ao desenvolver software tendo o RISC-V como alvo

  • O tamanho dos executáveis pode aumentar, então é preciso otimizar agressivamente para localidade de cache
  • Certos tipos de software podem ser mais adequados a CISC ou RISC, por exemplo jogos ou servidores web

• Curiosidade sobre a possibilidade de surgir um sistema equipado com uma "GPU" implementada com alguns grandes CPUs RISC-V e vários pequenos CPUs RISC-V

  • Pergunta adicional sobre se vetores clássicos podem ser úteis em GPUs no lugar de packed SIMD

• Lembra o caso de um russo famoso que rodou Atomic Heart em um Elbrus 8S

  • O Elbrus tem um tradutor nativo, e Atomic Heart era jogável a 15-25 fps

• Opinião de que o artigo é curto sobre o "básico"

  • São necessárias mais informações sobre como a ISA x86_64 foi implementada em um chip RISC-V

• Opinião de que, no contexto de emulação de x86, o RISC-V é o menos expressivo

  • RISC foi explicado nas aulas de história da ciência da computação como um computador com conjunto de instruções simplificado
  • Muitos artigos e novos perfis do RISC-V sugerem que "são necessárias mais algumas instruções para equivalência funcional"
  • Embora o RISC-V seja uma alternativa conveniente a outras plataformas, fica a dúvida se o sonho do RISC morreu

• Opinião de que o resultado é surpreendente

  • Foi necessário muito trabalho e, em alguns casos, parece que o RISC-V chegou ao limite
  • Instruções de bitset e scatter precisam ser adicionadas como extensões

• Pergunta sobre o 86Box

  • Relembra a época em que usava um Amstrad PC1512 e compartilha a experiência de adicionar um hard card e expansão de memória
  • Tempos divertidos usando Borland TurboPascal e Zortech C

• O screenshot mostra 31 GB de RAM

  • Parece estar usando muito mais RAM do que uma placa de desenvolvimento com especificação máxima

• Link para uma postagem anterior e informações sobre o Milk-V Pioneer

  • Produto voltado a desenvolvimento nativo, como placa-mãe e workstation RISC-V de 64 núcleos

• Opinião de que seria bom poder enviar feedback em nível de ISA para a RVI