ARM şu anda dünyada en yaygın kullanılan CPU mimarisidir.
Bilgisayarınıza güç vermeyebilir, ancak neredeyse kesinlikle akıllı telefonunuza veya tabletinize güç sağlar. Ayrıca, Apple artık şirket içi CPU tasarımlarında ARM mimarisini kullanıyor.
Bunun nedeni hemen anlaşılır.
ARM CPU'lar, güç tüketimini düşük tutmayı başarırken inanılmaz bir performansa sahip olabilir. Aslında o kadar düşük ki, pasif soğutmalı ince akıllı telefonların içine sığabiliyorlar. Bu güç verimliliğinin büyük bir kısmı, Apple, Qualcomm, MediaTek ve diğer CPU üreticileri tarafından kullanılan büyük LITTLE çekirdek kurulumuna atfedilir.
Ama big.LITTLE tam olarak nedir ve neden bu kadar önemlidir?
ARM'nin big.LITTLE CPU Mimarisi Nedir?
Çoğu modern CPU'nun çalışma şekli, genellikle sistemin görevleri böldüğü birden fazla çekirdeğe sahip olmalarıdır. Normalde, bu çok çekirdekli CPU'lar, aynı talimatları yerine getirebilen ve aynı saat hızlarına ulaşabilen özdeş çekirdeklere sahiptir. Büyük veya küçük tüm görevler bu çekirdekler arasında ele alınır ve dağıtılır. ARM big.LITTLE CPU'larda öyle değil.
"Geleneksel" çekirdek kurulumlarına sahip ARM CPU'lar mevcut olsa da, büyük.LITTLE tabanlı CPU tasarımları, farklı görevler için farklı tasarlanmış çekirdeklere sahip iki çekirdek "küme" içerir. Bu tür CPU'larda, genellikle zorlu görevlerin üstesinden gelmek için tasarlanmış "yüksek performanslı" çekirdekler ve daha geleneksel görevleri yerine getiren "güç açısından verimli" çekirdekler görürüz. Bu yüksek performanslı çekirdekler genellikle yüksek özellikli ve güce aç ve belirgin şekilde daha yüksek saat hızlarına ulaşırken, güç açısından verimli çekirdekler daha zayıf, daha düşük saat hızına sahip ve çok daha az güç tüketiyor.
Bir akıllı telefonda, bu "geleneksel görevler", bir akıllı telefonun yapması gereken sıradan görevlerin çoğunu oluşturan mesajlaşma, e-posta, aramalar, ses ve daha fazlasını içerir. Daha büyük yüksek performanslı çekirdekler, mobil oyun oynama ve web'de gezinme gibi daha zorlu görevler için bırakılırken, bunlar güç açısından verimli çekirdeklere boşaltılmak üzere tasarlanmıştır. Sistem, iş yüklerini tüm farklı CPU çekirdekleri arasında dağıtmak için genel görev zamanlaması veya heterojen çoklu işleme (HMP) kullanır.
Avantaj iki yönlüdür. Günlük görevler, doğası gereği daha az güce aç olan daha küçük çekirdekler tarafından gerçekleştirildiğinden, bu CPU'lar tipik olarak önemli ölçüde daha az güç tüketir. Ayrıca, daha zorlu görevlerin kendilerine ait bir CPU çekirdeği kümesi olduğundan daha iyi performansa sahiptirler. Hem daha iyi performans gösteren hem de güç açısından daha verimli olan bir CPU alıyorsunuz.
Kayalık Bir Tarihe Sahip Devrimci Bir Fikir
big.LITTLE'ın gelmesinden önce, tüm çok çekirdekli ARM CPU'lar, tıpkı x86 CPU'lar gibi, aynı çekirdeklerden oluşan bir düzenlemeye sahipti. big.LITTLE ilk olarak 2011 yılının Ekim ayında tanıtıldı ve iki yeni çekirdek tasarım olan Cortex-A7 ve Cortex-A15 ile birlikte tanıtıldı. Önerilen bu sistemde, her iki çekirdek tasarımı da eşleştirilebilir: Cortex-A15 büyük çekirdek görevi görürken Cortex-A7 küçük çekirdek görevi görür. Oradan, ARM Holdings'in gelecek çekirdek tasarımları, silikon üreticilerinin uygun gördüğü gibi big.LITTLE ile uyumlu olacaktı.
Bu çekirdek tasarımla piyasaya sürülen ilk CPU'lardan biri, 2013'te Samsung Galaxy S4'e güç veren Samsung'un Exynos 5 Octa 5410'uydu. 1.2 GHz hızında dört Cortex-A7 çekirdeği ve 1.6 GHz hızında dört Cortex-A15 çekirdeği içeriyordu. toplam 8 çekirdek.
Bununla birlikte, bu eski big.LITTLE CPU'ların zamanlayıcısının çalışma şekli oldukça beceriksizdi. Bu önceki zamanlayıcılar, tüm kümeleri bir kerede ele almak için "kümelenmiş anahtarlama" kullanıyordu. Tüm işlemci üzerindeki yük düşükse, düşük güçlü çekirdekleri kullanır, ancak artarsa tüm iş yükünü büyük çekirdeklere aktarır. Kesinlikle bunu yapmanın bir yolu, ancak geçmişe bakıldığında oldukça verimsizdi.
İlgili: ARM İşlemci Nedir? Bilmen gereken her şey
Ardından, çekirdek içi değiştiriciyi gördük. Burada, büyük çekirdekler küçük çekirdeklerle eşleştirilir ve her ikisi de zamanlayıcı tarafından tek bir "sanal çekirdek" olarak ele alınır. Bir sanal çekirdeğe düşük veya yüksek yük verilip verilmediğine bağlı olarak, küçük çekirdeğin ve büyük çekirdeğin kullanılması arasında geçiş yapacaktır.
Oradan, heterojen çoklu işleme ile sonuçlandık. Burada, her bir çekirdek ayrı ayrı ele alınabilir. Zamanlayıcı, hangi çekirdeklerin büyük ve hangi çekirdeklerin küçük olduğunu bilir ve buradan iş yüklerini dağıtmaya devam eder, daha düşük yükleri güç açısından verimli çekirdeklere ve daha büyük yükleri yüksek performanslı çekirdeklere dağıtır.
big.LITTLE CPU Görünümünü Nasıl Değiştirdi?
ARM işlemcileri, performans ve güç verimliliği arasında iyi bir denge sağlama konusunda zaten iyi bir üne sahipti. Ancak, bu CPU'larda düşük güç çekişi esastır. Sonuçta bu işlemciler akıllı telefonlarda kullanılıyor ve akıllı telefonlar küçüktür, ince gövdelere sahiptir ve herhangi bir aktif soğutma özelliği yoktur, bu nedenle termal kısıtlamalar çok düşüktür ve CPU'ların bunları karşılamak için güç yudumlaması gerekir.
big.LITTLE, hem performansı hem de güç verimliliğini aynı anda iyileştirebildiği için çok büyüktü. Günümüzde, hepsi olmasa da çoğu ARM CPU'ları büyük. KÜÇÜK tabanlı bir tasarıma, hatta Apple telefonlarına dayanmaktadır. Şimdi Intel, ileriye dönük x86 işlemcilerinde bu mimariden bir veya iki sayfa almaya hazırlanıyor: Alder Lake işlemcileri, bilgisayar ortamına heterojen bilgi işlem kavramını tanıtacak.
Avantajları inkar edilemeyecek kadar büyük.
DynamiQ Nedir?
Resim Kredisi: Qualcomm
DynamIQ, Mayıs 2017'de ARM tarafından duyurulan yeni bir çekirdek mimaridir ve bir tür big.LITTLE'ın halefi olarak hizmet eder. DynamIQ, big.LITTLE'ın heterojen bilgi işlemle yaptıklarını bir adım daha ileri götürmek ve daha fazla esneklik ve daha iyi ölçeklendirme sağlamak içindir.
big.LITTLE sadece iki küme ile sınırlıyken, DynamIQ küme başına maksimum çekirdek sayısını 8'e çıkarır, tek bir kümede birden çok çekirdek tasarımına izin verir ve CPU başına 32 kümeye kadar izin verir. Ayrıca DynamIQ, çekirdek başına daha hassas voltaj düzenlemesi ve daha iyi L2 önbellek hızları sağlar. Kısacası, big.LITTLE'a oldukça benzer ve temel konseptini ileriye taşıyor, ancak artık çoklu kümelere ve çekirdek tasarımlara sahip olma konusunda daha fazla esnekliğe izin veriyor.
DynamIQ işlemciye bir örnek, Qualcomm'un 2021 yılı için amiral gemisi yongası olan Snapdragon 888'dir. Büyük KÜÇÜK işlemcilerde, büyük ve küçük çekirdek kümeleri görmek yaygındır.
Bununla birlikte, Snapdragon 888'de bir "birincil çekirdek", 2.84 GHz'de saat hızına sahip bir Cortex-X1 çekirdeği, ardından 2.42 GHz'de saat hızına sahip üç Cortex-A78 çekirdeğinden oluşan daha tipik bir yüksek performanslı küme (şimdi ikincil bir katman) vardır. . Son olarak, güç açısından verimli çekirdekler, 1.8 GHz hızında çalışan dört Cortex-A55 çekirdeğidir. Bu sekiz çekirdekli bir kurulum, ancak farklı görevlerin üstesinden gelmek için üç farklı çekirdek tasarım kullanıyor.
Tam Bir Sektör Sarsıntısı
big.LITTLE ve heterojen bilgi işlem kavramının tanıtılmasının CPU oyununu tamamen değiştirdiğini söylemek yanlış olmaz. ARM CPU'lar günümüzde havuzun x86 tarafındaki en büyük işlemcilerle ticaret yapıyor ve aynı zamanda güç tüketimini ve pil ömrünü minimumda tutuyor ve hepsi big.LITTLE ve halefi DynamIQ sayesinde.
ARM işlemcilerinin geleceği konusunda gerçekten heyecanlıyız.