Eskiden x86 ve ARM komut seti mimarileri keskin hatlarla birbirinden ayrılıyordu, son birkaç yıl içinde iklim değişti. x86’nın hakim olduğu alanda ARM tasarımları daha fazla söz sahibi olmaya başladı. “Verimlilik” konusu önemini artırdıkça, x86 yongalar da ARM benzeri hibrit tasarımlara evrilmeye başladı. x86 mimarilerinin piyasadaki iki hakimi olan Intel ve AMD, büyük performans çekirdekleri ve küçük verimlilik çekirdeklerini bir araya getirerek farklı işlemciler piyasaya sürmeye başladı. Bugün kırmızılıların teknolojilerine odaklanacağız. Onlar bu çekirdeklerin sonuna “c” takısı getirerek “Zen 4c ve Zen 5c” gibi isimlendirmeler kullanıyorlar, böyle de devam edecek gibi.
x86 komut seti mimarisi daha çok yüksek performansa, masaüstü ve sunucu gibi ortamların yanı sıra dizüstü bilgisayarlara hitap ediyordu. ARM ise daha çok akıllı telefon ve tablet gibi mobil cihazlarla birlikte çeşitli tüketici elektroniği ürünlerine yönelikti. Son yıllarda işler değişmeye başladı. Apple, ARM mimarisini kullanarak güçlü “M Serisi (Apple Silicon)” işlemcilerini piyasaya sürdü, bu SoC’ler x86 rakipleriyle mücadele edebilir seviyeye geldi. Ayrıca ARM tabanlı sunucu yongaları ortaya çıkmaya başladı.
x86 tarafında ise tam tersi oldu. AMD ve Intel gibi şirketler, yıllardır faydalandığı güçlü performans çekirdeklerinin yanına enerji verimli çekirdekler ekleme fikrini benimsemeye başladı. Başka bir söylemle ARM tarafının big.LITTLE yaklaşımını benimsemeye başladılar. Intel, ayrıntılarıyla incelediğimiz bu küçük çekirdeklere “E-Core” adını veriyor. AMD ise hem ise hem isimlendirme hem de tasarım açısından farklılıklara sahip.
Intel Bu İşe Nasıl Başladı?
2021’in sonlarında 12. Nesil Core Alder Lake yongalarını piyasaya süren Intel, aynı pakette tamamen farklı iki tür çekirdek kullanarak gerçekten benzersiz bir şey yaptı. Bu mavililerin yaptığı bir icat değildi, söylediğimiz gibi Arm yıllardır big.LITTLE adını verdiği yöntemle aynı yolu izliyordu. Tasarımın masaüstüne taşınması büyük bir olaydı, o zamanlar çok konuşuldu.
Küçük verimlilik çekirdeklerine E-Core yani Efficient Core, yıllardır standart olarak kullandığınız performans çekirdeklerine ise P-Core yani Performance Core ismini taktılar. Başka bir deyişle, tek bir CPU paketinde iki farklı çekirdek türü kullanılmaya başlandı.
ARM ve big.LITTLE
İngiliz yarı iletken tasarımcısı Arm’nin uzun süredir bu işin öncüsü olduğunu biliyorsunuzdur. Cep telefonlarında, tabletlerde ve bazı dizüstü bilgisayarlarda kullanılan enerji verimli SoC‘ler, farklı görevleri yerine getiren iki çekirdek grubuna sahip. Daha büyük, performans odaklı çekirdekler daha ağır görevleri üstlenirken, daha küçük, verimlilik odaklı çekirdekler çok daha az enerji tüketirken arka plan görevlerini üstleniyor. Bu kombinasyon Arm’nin güç tüketimini düşük tutarken çip performansını artırmasını sağladı.
AMD Cephesinde Hibrit Mimari: Zen 4c, Zen 5c
Intel’in aksine AMD, işlemcilerinde yalnızca tek bir mimari ve tek bir çekirdek tasarımı sunmaya devam etti. Elbette bir noktaya kadar. İlk olarak “Zen 4c” sonrasında ise “Zen 5c” çekirdekleri literatüre girdi. Bu çekirdekler başta mobil, sonra masaüstü ve sunucu alanında kullanılmaya başladı.
Peki neden? Hibrit mimarili CPU’lar, performans ve verimlilik için optimize edilmiş farklı çekirdekler sunarak geleneksel CPU’larda var olan temel tasarım bilmecesini ortadan kaldırıyor. Tek iş parçacıklı performansı artırmak istiyorsanız çekirdekleri ayrı halde daha güçlü hale getirmeniz gerekir. Ancak bunu yaptığınızda genellikle verimsiz güç tüketimi, yüksek sıcaklıklar ve yüksek alan kullanımı elde edilir. Çok iş parçacıklı performansı artırmak için ise çok sayıda çekirdeğe ihtiyaç var. Benzer şekilde, güç ve alan verimsizliği bu işi zorlaştırıyor. Hibrit mimari, anlık ihtiyaçlara bağlı olarak istediğimizi vererek sorunları ortadan kaldırıyor. En azından amaçlanan bu.
Biz makalemizde Zen 4c ve Zen 5c çekirdeklerinden bahsedeceğiz, çünkü şu anda piyasada iki çekirdek tasarımı mevcut. Gelecekte Zen 6c ve Zen 7c çekirdekleri de gelecek lakin mantık aynı. Sadece çekirdeklerin tasarımı ve performansında küçük değişiklikler yapılacaktır. Sonuç olarak “c” ekini almış birimlerin hizmet ettiği şey belli.
Zen 4 gibi normal Zen çekirdekleri büyük çekirdekler, yani yüksek performansa hitap ediyor. Intel tarafında bunun adı “P-Core” idi. Zen 4c gibi güç ve alan verimliliği optimize edilmiş çekirdekler ise daha küçük, daha az enerji tüketiyor. AMD, Zen 4c çekirdeklerini EPYC sunucu işlemcilerinde kullanılmaya başladığında toplamda 128 çekirdeği entegre etmeyi başardı.
AMD, masaüstü işlemcilerini Core Complex Die (CCD) dediğimiz birimlerle yapılandırıyor. Ryzen çipler 2019’dan beri en fazla 16 çekirdeğe kadar yükseldi. Tek bir CCD’de maksimum 8 çekirdek kullanılırken, her birine en fazla 8 çekirdek entegre edilebiliyordu. AMD eğer daha yüksek çekirdek sayısı elde etmek isteseydi, CCD ve çekirdek tasarımını baştan aşağı yenilemesi gerekiyordu. Bu da hem maliyetli hem de çok karmaşık bir iş.
Diğer taraftan, Zen 4c CCD’lere 8 yerine 16 çekirdek yerleştirmek mümkün. Yani bir CCD’ye 8 Zen 4, diğer CCD’ye 16 Zen 4c çekirdeği ekleyerek 24 çekirdeğe ulaşmak mümkün. Hatta işlemcinin tamamen Zen 4c çekirdeklerinden meydana geldiğini düşünürsek, masaüstü Ryzen CPU’larda 32 çekirdek bile kullanılabilir.
Bu arada kısa bir not düşelim. Intel’in verimlilik çekirdekleri AMD’ninkilere kıyasla çok daha küçük. Bir Intel verimlilik çekirdeği, performans çekirdeğinin neredeyse dörtte biri kadar yer kaplamakta. Yani bir P-Core’un alanına kabaca dört E-Core sığdırmak mümkün. Ancak Intel’in çekirdek türleri arasında çok daha fazla asimetri, sorun genişliği, gecikme süreleri ve hatta komut seti farklılıkları var. Ayrıca mavililerin küçük çekirdekleri Hyper-Threading desteği sunmuyor.
AMD, Zen 4c ile E-Core adı verilen Intel çekirdeklerini karşılaştırmayı reddediyor. Çünkü Zen 4c, standart Zen 4 çekirdeği ile aynı mikro mimariyi paylaşıyor ve sonuç olarak her ikisi de aynı genel özelliklere ve komut setlerine sahip. Buna karşılık Intel’in verimlilik çekirdekleri şirketin performans çekirdeklerinden farklı bir mimari kullanıyor:
“Tüketiciler için tek fark kalıp üzerindeki boyutlar. Bu çekirdekler işletim sistemi bazında bir şeyi değiştirmiyor.”
Peki neden “c eki alan çekirdekler” dizüstü bilgisayarlara geliyor? Şirket, bu teknolojinin giriş seviyesi Ryzen işlemcilerin daha verimli çalışmasını sağlamak için mevcut Zen 4 çekirdekleriyle iyi bir şekilde eşleşebileceğini keşfetti. AMD’den Woligroski, Zen 4c çekirdeklerinin bir dizüstü bilgisayar 15 watt’ın altında güçle program çalıştırırken daha fazla performans sunmak için daha az elektrik tüketebileceğini belirtti:
“Bu giriş seviyesini (çipleri) desteklemek için harika bir yol. Bu teknolojiden yararlanma becerisi, daha fazla çekirdeği daha düşük bir fiyat noktasına ölçeklendirmemizi sağladı.”
Zen 4c
AMD ve Intel’in “verimlilik çekirdeği” tasarımlarının aynı olmadığını söylemiştik. AMD’nin daha küçük Zen 4c çekirdekleri, yüksek performanslı Zen 4 ile neredeyse aynı tasarıma sahip lakin çok daha az yer kaplıyor ve daha düşük L3 önbellek kullanıyor. Yani aynı yürütme ve sorun genişliği, aynı sayıda kayıt, aynı dahili gecikmeler, işlemler. Ve evet, buna çoklu iş parçacığı da dahil.
Zen 4c çekirdekleri 2 MB L3 önbellekten yararlanırken, Zen 4’te bu rakam iki katına çıkıyor. Peki çekirdek boyutunu düşürmek için sadece önbelleği düşürmek yeterli mi? Hayır. İki Zen 4c çekirdeği nasıl tek bir Zen 4 çekirdeğinin alanına sığıyor bunu tam olarak bilmiyoruz. AMD, Zen 4 çekirdeğinin 3,84 mm², Zen 4c çekirdeğinin ise sadece 2,48 mm² alan kapladığını söylüyor. Aradaki fark sadece önbellek kesintisinden değil, farklı tasarımsal değişiklerden de kaynaklanıyor.
Tahmin edebileceğiniz gibi frekans hızları da daha düşük. Yıllardır kullandığımız Zen 4 çekirdekleri 5,5 GHz’in ötesine geçerken, Zen 4c çekirdekleri 3 GHz civarında dolaşıyor. Kırmızı takım daha düşük saat hızlarıyla, yüksek çalışma frekanslarıyla gelen parazit ve güç sızıntıları konusunda endişelenmeden iç yapıları çok daha küçük hale getirebiliyor.
İki çekirdek arasındaki temel fark, Zen 4c’nin yüksek saat hızları yerine yoğunluk ve güç verimliliği için optimize edilmiş olması. AMD’ye göre bunun getirisi, bir Zen 4c çekirdeğinin benzer performans sunarken çip kalıbı üzerinde daha küçük bir alan kaplayabilmesi.
Özetle Zen 4c çekirdeğinin temel amacı, Zen 4’ün daha küçük bir boyutta aynı özelliklere sahip bir alternatif sunmak. Saat hızları düşük olan bu birimler, daha yoğun kütüphaneler kullanarak daha yüksek saat hızlarına çıkamıyor ancak genel olarak daha küçük ve daha fazla güç verimliliği sağlayan bir çekirdek haline geliyor.
Zen 5c
Zen 5c, selefi Zen 4c ile aynı kaderi paylaşıyor. Zen 5c çekirdekleri, ‘standart’ Zen 5 performans çekirdeklerine kıyasla kalıp üzerinde daha az yer kaplayacak şekilde tasarlanırken, daha hafif görevler için yeterli performans sunarak güç tasarrufu sağlıyor ve milimetre kare başına daha önce mümkün olandan daha fazla işlem gücü sağlıyor. AMD, ‘kompakt’ Zen 5c çekirdeklerinin standart Zen 5 çekirdeklerinden yaklaşık %25 daha küçük olduğunu ve iki çekirdek türünün aynı kalıp üzerinde farklı miktarlarda önbelleğe sahip olduğunu söyledi.
Hibrit mimari, mühendislerin GPU ve NPU işlevleri için çipte ek alanı verimli bir şekilde kullanmasını sağlıyor. Her Zen 5c çekirdeği kendine özel L1 ve L2 önbelleğe sahip. L3 önbellek ise Zen 5 ve Zen 5c çekirdekleri için ayrı ayrı belirlenmiş iki bölüme ayrılmış. Böyle bir tasarım, önbellekler etkileşime girmesi gerektiğinden küçük gecikmelere neden olabilse de AMD bunun performansı etkilemeyeceğini söylüyor. İşlemciler ayrıca görevleri verimli bir şekilde yönetmek için gelişmiş zamanlama teknikleri kullanmakta ve öncelikli olmayan görevler 5c çekirdeklerine yönlendiriliyor.
Zen 5 ve Zen 5c çekirdekleri, her iki çekirdek türünün aynı kalıpta olduğu heterojen tasarımlarda (Strix Point gibi) veya yalnızca bir çekirdek türü kullanan homojen tasarımlarda (Granite Ridge masaüstü yongaları veya yalnızca daha küçük kompakt çekirdeklere sahip önceki nesil EPYC Bergamo sunucu yongaları gibi) birden fazla segmentte kullanılabilir halde.
Ryzen AI 300 mobil işlemci serisi Zen 5c çekirdeklerinden yararlansa da, masaüstü Ryzen 9000 “Granite Ridge” çipler beklediğimiz gibi yalnızca performans çekirdekleriyle hareket ediyor. Tek bir CCD, 32 MB L3 önbellekle eşleştirilmiş sekiz Zen 5 çekirdeği içermekte.
Zen mikro mimarisinin önceki yinelemelerinde gördüğümüz gibi, AMD Zen 5’i tüm ürün portföyünde kullanıma sunacak. Örneğin ‘Turin” kod adlı 5. Nesil EPYC sunucu işlemcilerinin 192 Zen 5 çekirdeğiyle gelmesi bekleniyor. Zen 5c çekirdeklerinden faydalanan farklı işlemciler ise 384 çekirdeğe kadar çıkabilecek.
