Microsoft und Intel arbeiten an einer neuen Optimierung für Windows 11, die künftig mehr Leistung aus 64-Bit-Software herausholen könnte.

Im Mittelpunkt steht Intel APX, kurz für Advanced Performance Extensions.

Die Technik erweitert den x86-64-Befehlssatz und soll unter anderem dafür sorgen, dass Prozessoren Daten effizienter verarbeiten können. In einer aktuellen Windows-11-Insider-Version ist nun erstmals eine entsprechende Option aufgetaucht.

Das Spannende daran:

Windows selbst bekommt damit offenbar die Grundlage, APX künftig gezielt zu nutzen.

APX taucht bereits in Windows 11 auf

In der aktuellen experimentellen Future Platforms Preview Build 29695 gibt es eine neue Entwickleroption für Intel APX.

Die Einstellung trägt sinngemäß die Beschreibung:

„Windows APX für bessere Leistung verwenden lassen“

Wird die Funktion aktiviert, verlangt Windows anschließend einen Neustart.

Damit ist ziemlich eindeutig, dass Microsoft bereits aktiv an der Integration arbeitet.

Für normale Nutzer ist das momentan allerdings noch kein Schalter, der plötzlich zehn Prozent mehr Leistung aus dem Rechner holt.

Die Funktion befindet sich in einer sehr frühen Testphase.

Möglicherweise ein Thema für Windows 11 27H2

Microsoft testet APX derzeit innerhalb der sogenannten Rubidium-Plattform.

Diese Entwicklungsbasis wird mit einer möglichen zukünftigen Windows-Version in Verbindung gebracht, möglicherweise Windows 11 27H2.

Fest steht das allerdings noch nicht.

Deshalb würde ich hier nicht davon ausgehen, dass APX bereits mit dem nächsten großen Windows-Update automatisch auf jedem PC landet.

Bis daraus eine reguläre Funktion wird, kann noch einiges passieren.

Was ist Intel APX überhaupt?

Intel stellte Advanced Performance Extensions bereits 2023 vor.

APX erweitert den bestehenden 64-Bit-Befehlssatz und soll vor allem dafür sorgen, dass Prozessoren weniger unnötige Arbeit erledigen müssen.

Eine der wichtigsten Neuerungen ist die Verdoppelung der allgemeinen Prozessorregister.

Bisher stehen in x86-64 typischerweise:

16 General Purpose Registers

zur Verfügung.

Mit APX werden daraus:

32 Register

Das klingt zunächst nach einem sehr technischen Detail.

Für die Leistung kann es aber durchaus wichtig sein.

Mehr Register bedeuten weniger Speicherzugriffe

Prozessorregister gehören zu den schnellsten Speicherbereichen innerhalb einer CPU.

Je mehr Daten direkt dort gehalten werden können, desto seltener müssen Werte zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher hin- und hergeschoben werden.

Genau hier setzt APX an.

Intel geht in eigenen Simulationen davon aus, dass entsprechend kompilierter Code:

• rund 10 Prozent weniger Ladeoperationen

• mehr als 20 Prozent weniger Speicheroperationen

• rund 10 Prozent weniger Befehle insgesamt

benötigen kann.

Diese Zahlen stammen aus Simulationen mit der SPEC CPU 2017 Integer Benchmark Suite.

Das ist wichtig, denn daraus lässt sich nicht ableiten, dass künftig jede Windows-Anwendung automatisch zehn Prozent schneller läuft.

APX muss von Software tatsächlich genutzt werden

Damit APX überhaupt Vorteile bringt, müssen mehrere Dinge zusammenkommen.

Benötigt werden unter anderem:

• eine APX-kompatible Intel-CPU

• Betriebssystemunterstützung

• Compiler-Unterstützung

• Software, die entsprechend kompiliert wurde

Windows allein kann also keine bestehenden Programme magisch schneller machen.

Der Vorteil entsteht erst dann, wenn Softwareentwickler die neuen Möglichkeiten tatsächlich verwenden.

Genau deshalb ist die Integration in Windows trotzdem wichtig.

Das Betriebssystem muss die technische Grundlage bereitstellen, bevor Entwickler darauf aufbauen können.

Compiler sind bereits vorbereitet

Auf Entwicklerseite geht es ebenfalls voran.

Intel hatte den vollständigen APX-Funktionsumfang bereits in GCC 15 integriert.

Compiler können damit Code erzeugen, der die neuen Instruktionen verwendet.

Das ist ein entscheidender Schritt.

Neue CPU-Befehle bringen schließlich wenig, wenn Softwareentwickler sie nur per Hand in Assembler schreiben könnten.

Je besser Compiler solche Erweiterungen automatisch nutzen, desto größer ist die Chance, dass sie irgendwann ganz normal in Anwendungen auftauchen.

Drei Operanden statt unnötiger Kopierarbeit

APX bringt außerdem neue sogenannte Drei-Operanden-Instruktionen mit.

Vereinfacht gesagt kann eine Rechenoperation dabei zwei Quellregister verwenden und das Ergebnis in einem dritten Register speichern.

Bei älteren Varianten muss eines der ursprünglichen Register häufig gleichzeitig als Ziel dienen.

Das kann zusätzliche Kopieroperationen notwendig machen.

APX versucht, solche unnötigen Zwischenschritte zu reduzieren.

Das spart Befehle und kann die Ausführung effizienter machen.

Weniger Sprünge und Statusänderungen

Weitere APX-Erweiterungen sollen Compilern helfen, Verzweigungen im Programmcode effizienter umzusetzen.

Dazu gehören unter anderem neue bedingte:

• Ladebefehle

• Speicherbefehle

• Vergleichsoperationen

Solche Optimierungen können helfen, bestimmte Sprünge im Programmcode zu vermeiden.

Das ist interessant, weil falsche Sprungvorhersagen moderne Prozessoren Leistung kosten können.

Wenn ein Prozessor einen Programmzweig falsch vorhersagt, muss ein Teil der bereits begonnenen Arbeit verworfen und neu gestartet werden.

Weniger problematische Verzweigungen können deshalb durchaus einen messbaren Vorteil bringen.

„No Flags“ soll weitere unnötige Arbeit vermeiden

APX führt außerdem ein sogenanntes No Flags Feature ein.

Viele klassische x86-Befehle verändern automatisch bestimmte Statusinformationen des Prozessors.

Diese sogenannten Flags werden aber längst nicht immer benötigt.

Mit APX können bestimmte Befehle ausgeführt werden, ohne diese Statusflags unnötig zu verändern.

Auch hier geht es also nicht um einen spektakulären neuen Turbo-Modus.

Es geht darum, viele kleine unnötige Arbeitsschritte zu vermeiden.

Und genau solche kleinen Optimierungen können sich über Millionen oder Milliarden Befehle hinweg summieren.

PUSH2 und POP2 sollen Register effizienter sichern

Auch das Speichern und Wiederherstellen von Registern wird erweitert.

Mit neuen Befehlen wie:

PUSH2

und:

POP2

können zwei Register effizienter gesichert beziehungsweise zurückgeladen werden.

Das kann beispielsweise beim Wechsel zwischen Funktionen oder bestimmten Programmabläufen helfen.

Zusätzlich erweitert APX den Befehlssatz um einen neuen direkten absoluten 64-Bit-Sprung.

Für den normalen Windows-Nutzer sind diese Details natürlich kaum sichtbar.

Für Compilerentwickler sind sie wesentlich interessanter.

Warum Microsoft das jetzt in Windows integriert

Dass Microsoft bereits einen APX-Schalter in Windows 11 testet, ist aus meiner Sicht vor allem ein Zeichen dafür, dass die Technik langsam aus der reinen Spezifikationsphase herauskommt.

Intel kann neue CPU-Befehle definieren.

Compiler können sie unterstützen.

Aber irgendwann muss auch das Betriebssystem darauf vorbereitet sein.

Genau dieser Schritt scheint jetzt zu passieren.

Das bedeutet nicht, dass APX morgen im Alltag plötzlich spürbar ist.

Aber es zeigt, dass Microsoft die Technik bereits aktiv einplant.

Für bestehende PCs bringt das wahrscheinlich nichts

Wichtig ist auch:

APX ist eine Erweiterung für zukünftige beziehungsweise entsprechend kompatible Intel-Prozessoren.

Ein vorhandener PC bekommt die benötigten CPU-Fähigkeiten natürlich nicht durch ein Windows-Update nachgerüstet.

Wer einen aktuellen Rechner besitzt, sollte also nicht erwarten, dass mit einem zukünftigen Windows-Schalter plötzlich neue Register im Prozessor auftauchen.

Die Unterstützung richtet sich an neue Hardwaregenerationen.

Windows wird lediglich darauf vorbereitet.

Leistung hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab

Auch bei kompatiblen Prozessoren dürfte der tatsächliche Vorteil stark von der Software abhängen.

Ein Programm, das überwiegend:

• auf die Grafikkarte wartet

• Daten aus dem Netzwerk lädt

• sehr wenig CPU-Arbeit verursacht

wird wahrscheinlich kaum profitieren.

Anders könnte es bei stark CPU-lastigen Anwendungen aussehen.

Dazu könnten beispielsweise zählen:

• Compiler

• Datenbanken

• wissenschaftliche Berechnungen

• Kompressionssoftware

• bestimmte Serveranwendungen

• Rendering

• Entwicklungswerkzeuge

Wie groß der tatsächliche Unterschied sein wird, muss aber erst reale Hardware zeigen.

Intel-Zahlen sind keine allgemeine Leistungsprognose

Die von Intel genannten Werte von rund zehn Prozent weniger Instruktionen oder über 20 Prozent weniger Speicheroperationen klingen natürlich interessant.

Man sollte sie aber nicht mit zehn oder zwanzig Prozent mehr Gesamtleistung gleichsetzen.

Weniger Befehle bedeuten nicht automatisch denselben prozentualen Geschwindigkeitsgewinn.

Dafür spielen zu viele andere Faktoren eine Rolle:

• CPU-Architektur

• Cache

• Speicherlatenz

• Branch Prediction

• Softwarestruktur

• Compiler

• verwendete APX-Instruktionen

Die Zahlen zeigen deshalb eher das technische Potenzial.

Nicht die garantierte Leistung eines zukünftigen Windows-PCs.

Windows 11 bekommt momentan generell Performance-Optimierungen

Interessant ist außerdem der Zeitpunkt.

Microsoft arbeitet bereits bei Windows 11 26H2 an verschiedenen Leistungsverbesserungen.

Jetzt taucht mit APX bereits eine weitere Optimierung in einer zukünftigen Entwicklungsplattform auf.

Das zeigt zumindest, dass Performance momentan wieder stärker im Fokus steht.

Und das finde ich grundsätzlich positiv.

Neue Funktionen sind nett.

Aber manchmal freue ich mich mehr über ein System, das einfach schneller reagiert.

Mein Eindruck

APX ist eine dieser Technologien, die für normale Nutzer zunächst ziemlich unspektakulär aussieht.

Keine neue Oberfläche.

Kein neuer Button im Startmenü.

Kein großer Assistent, der nach einem Update plötzlich auf dem Bildschirm erscheint.

Stattdessen geht es um Register, Maschinenbefehle und Compiler.

Genau solche Änderungen finde ich technisch aber besonders interessant.

Denn wenn sie gut umgesetzt werden, merkt man im Idealfall irgendwann nur:

Der Rechner erledigt dieselbe Arbeit etwas effizienter.

Ohne dass man selbst irgendetwas dafür tun muss.

Noch ist Geduld gefragt

Bis APX im normalen Windows-Alltag eine größere Rolle spielt, dürfte allerdings noch etwas Zeit vergehen.

Microsoft testet die Unterstützung derzeit in einer experimentellen Windows-Plattform.

Gleichzeitig braucht es passende Intel-Prozessoren und Anwendungen, die tatsächlich für APX kompiliert wurden.

Das Ökosystem muss also erst zusammenkommen.

Von einem kurzfristigen allgemeinen Windows-Performance-Sprung würde ich deshalb noch nicht sprechen.

Das Potenzial ist aber vorhanden.

Fazit

Microsoft testet in Windows 11 erstmals Unterstützung für Intel Advanced Performance Extensions.

APX erweitert den x86-64-Befehlssatz unter anderem von 16 auf 32 allgemeine Register und bringt zusätzliche Instruktionen, die Speicherzugriffe, Kopieroperationen und Verzweigungen reduzieren sollen.

Intel erwartet bei entsprechend kompiliertem Code:

• weniger Ladeoperationen

• deutlich weniger Speicheroperationen

• insgesamt weniger Maschinenbefehle

Microsoft integriert die Unterstützung derzeit in die experimentelle Rubidium-Plattform von Windows 11.

Bis normale Nutzer davon profitieren, braucht es allerdings noch:

• kompatible Intel-Hardware

• Betriebssystemunterstützung

• passende Compiler

• entsprechend optimierte Anwendungen

Für mich ist APX deshalb weniger ein sofortiger Windows-Turbo als vielmehr ein Blick auf die nächste Generation der 64-Bit-Optimierung.

Wenn alles zusammenspielt, könnte Windows künftig dieselbe Arbeit mit weniger Befehlen erledigen – und genau das ist am Ende die angenehmste Form von Performance-Verbesserung.

Quellen

Neowin – Windows 11 64-bit performance boost coming soon thanks to Intel & Microsoft
https://www.neowin.net/news/windows-11-64-bit-performance-boost-coming-soon-thanks-to-intel--microsoft/

Intel – Advanced Performance Extensions Architecture Specification
https://www.intel.com/content/www/us/en/content-details/926860/intel-advanced-performance-extensions-intel-apx-architecture-specification.html