iPhone 5'in sırrı: Özelleştirilmiş işlemci ve GPU tasarımı

Yorumlar

Erdi Özüağ

İnceleme, Test ve Analiz Editörü

Apple merakla beklenen iPhone 5'i, geçtiğimiz hafta yaptığı özel bir etkinlik ile resmi olarak duyurdu. Yeni telefona ilişkin pek çok detay, ilgili etkinlik kapsamında kamuoyu ile paylaşılmış olsa bile biz teknoloji tutkunlarının merak ettiği en önemli özelliklerden bazıları açıklanmamıştı. Özellikle kullanılan A6 işlemcisi, bellek kapasitesi ve hızı bellek hızı büyük merak konusu idi. Ancak Anandtech tarafında yayınlanan iki makale iPhone 5'in genel performansını belirleyen bu iki bileşen hakkındaki soru işaretlerine ışık tutuyor.

Uzun yıllar hem iPhone hem de iPad ve iPod ürünlerinde, geliştirilmesi ve hacimli üretimi Samsung tarafından gerçekleştirilen ARM tabanlı işlemci modellerine yer veren Apple, özellikle son iki yıldır kendi işlemci tasarımları için yoğun bir ar-ge çalışması yapıyor. Çip tasarımlarında uzman Intrinsity firmasını 2010 yılında bünyesine katan Apple, ayrıca AMD ve Nvidia gibi firmalarda mesai harcamış çeşitli çip tasarım mühendislerini de bünyesine katmıştı. Son olarak yine Samsung üretimi S5L8920 işlemcisini kullanan Apple, ardından ilk defa iPad'de yer verdiği A4 işlemcisi ile kendi işlemci modellerine başlamıştı.

ARM'ın Cortex-A8 tasarımını temel alan ve yine Samsung tesislerinde 45nm üretim teknolojisiyle geliştirilen işlemci, ARMv7 komut setini kullanan tek çekirdekli tasarıma sahipti. Standart çalışma frekansı 1GHz olan bu işlemcide komut için 32Kb, veri için 32Kb L1 bellek ve 512Kb L2 bellek bulunuyordu. Ardından birer yıl ara ile A5 ve A5X işlemcilerinin geldiğine tanık olduk. Cortex-A9 tasarımını temel alan bu işlemciler, 800MHz - 1GHz saat hızlarında çalışıyor ve 1MB büyüklüğünde L2 bellek ile geliyorlardı. Hem 45nm hem de 32nm fabrikasyon süreci ile geliştirilen versiyonları bulunan bu işlemcilerden sonra, Apple belkide tam anlamıyla her detayını kendi geliştirdiği ilk işlemci modeli olarak A6'yı, yeni iPhone yani iPhone 5 ile birlikte lanse ederek, işlemci tasarımındaki iddasını gözler önüne serdi zira açıklanan rakamlar, performans tarafında ciddi gelişim anlamına geliyor diyebiliriz.

iPhone 5'in sırrı: Özelleştirilmiş işlemci ve GPU tasarımı

Birkaç gün önce A6 işlemcisinin, henüz lansmanı yapılmamış Cortex-A15 tasarımına sahip olduğu yönünde bazı dedikodular ortaya atılmış olsa bile, ağırlıklı kanı iPad 2,4'te kullanılan 32nm üretim teknolojisi ile hazırlanmış A5r2 işlemcisinin hızlandırılmış bir sürümü olacağı yönünde idi. Tabi artan grafik performansına bağlı olarak GPU tarafında bir güncelleme ve/veya yenilikte kaçınılmazdı. Ancak ortaya çıkan bilgiler ve elde edilen ipuçları durumun tahmin edilenden daha karmaşık olabileceği yönünde sinyaller veriyor.

A6 işlemcisiyle ilgili olarak kesin nokta, ARM'ın standart tasarımından farklı olarak tam anlamında birebir aynı geliştirme metodolojisi söz konusu olmasa da Qualcomm ile bir noktada benzer özelleştirilmiş bir çekirdek tasarımından söz edebiliriz. Doğal iOS6 cihazlarında kullanılacak A6 işlemcisine daha keskin detaylar, programcılara sunulan yeni geliştirme aracı Xcode 4.5'dan elde edildi. Bu aracın son sürümünde iki önemli güncelleme bulunuyor ki bunlar, iPhone 2G ve 3G'de kullanılan işlemcilerin içerdiği ARM11 çekirdeklerin kullandığı ARMv6 tasarımına desteğin kesilmesi ve ARMv7s desteği içermesi. Cortex-A9 tasarımının temelini oluşturan ARMv7 tasarımından farklı olarak ARMv7s, Apple'ın özelleştirilmiş mikroişlemci tasarımına ışık tutan en önemli gösterge.

Peki yaygın olarak kullanılan ARMv7 ile ARMv7s arasındaki temel fark nedir ? Burada göze çarpan ilk detay, yazılım tarafına yönelik güncelleme olabilir. ARMv7s'nin yaklaşık 10 yıldır geliştirilmekte olan, C++ ortamında yazılmış Düşük Seviye Sanal Makine Derleyicisine destek olabilir. Çoklu platform desteği sunan açık kaynak lisanslı bu derleyici ağırlıklı olarak GCC tarafındaki mevcut kod yaratıcıların yerini almak üzere tasarlanan ve Ada, C, C++, Fortran, Objective-C ve bazıları GNU Derleyici Kütüphanesi'nin 4.1 ve 4.2 sürümlerinden alınmış öncüllere destek içermekte. Bu desteğin ön plana çıkardığı nokta ise VFPv4. Bilindiği üzere, ARM Cortex-A15 ile birlike VFPv4 kayar nokta ünitesini kullanmaya başlıyor. Windows RT ile birlikte geleneksel x86 dünyasına ilk defa bu kadar yaklaşan ARM, bu taraftaki işlemcilere karşı en zayıf noktalarından biri olarak gösterilen kayar nokta performansını Cortex-A15 ile birlikte %50'ye varan oranda arttırarak daha rekabetçi olmayı hedefliyor ki bu noktada da her çekirdek için VFPv4 kayar nokta ünitesinin kullanılması da bu amaca hizmet ediyor.

ARM tarafında VFPv4 desteğini ARMv7-A mimarisine getiren tasarımlar, Cortex-A5, A7 ve A15'den ibaret. Bu üç tasarım arasında Cortex-A15 iki kat daha fazla kayıt yürütmesi gerçekleştiriyor olsa bile bizim için burada yatan asıl önemli nokta, eğer bir çekirdek bu desteği içeriyorsa kesin olan bir şey var ki o da, çekirdeğin Cortex-A8 ya da A9 olmadığı. İşte bu nedenden ötürü, Apple'ın yeni A6 işlemcisi düşünülenin aksine Corte-A9 tabanlı değil. Cortex-A15 içinse henüz erken olması gösteriyor ki A4 ile başlayan işlemci tasarım serüveninde Apple artık tamamiyle bağımsız tasarım koyabilecek olgunluğa erişmiş durmda, zira içerdiği desteklerden ötürü A6, Cortex-A9 ya da Cortex-A15 olmayan özgün bir yapı.

Teknik özellikleri henüz bilinmese de Apple A6 işlemcisinin, standart ARM tasarımı ile kıyaslandığında, daha geniş öncüle, daha fazla uygulama kaynağına, daha esnek OoO yürütme motoruna ve daha fazla özelleştirmeye sahip olduğunu söyleyebiliriz. Yapılan güncellemeler, standart A9 tasarımına kıyasla daha büyük bir zar alanının ortaya çıkmasına sebebiyet vermiş olması da kuvvetle muhtemel. Ancak öte taraftan Apple'ın işlemci takımına alkış kazandıran önemli bir unsur, pazardaki yaygın mantalite olarak sadece frekans arttırarak performans kazanmak yerine, temelden bir takım güncellemeler ile performans ve verimlilik sunma gayreti bu alanda yeni alan bir şirket için takdire şayan bir gelişme. Burada bir parantez açalım, A6 işlemcisinin kaç çekirdekli olacağı da netlik kazanmış değil. Ağırlıklı görüş çift çekirdekli olduğundan yana ancak 4 çekirdekli bir yapı da ihtimaller dahilinde.

iPhone 5 lansmanında Apple, iki kat işlemci ve iki kat grafik performansı artışı olduğunu söylemişti. İşlemci için durum netleşmek üzere, var olandan farklı özel bir tasarım ile karşı karşıyayız gibi görünüyor. Peki ya grafik tarafı. Bilindiği üzere Apple son bir iki jenerasyondur, daha düşük donanımı daha yüksek fiyatla satıyor imajından kurtulmuş durumda. Şirketin piyasaya sürdüğü her ürün kendi alanında performans çıtasını belirleyen ürünler arasına girdi.

Örneğin Yeni iPad, nam-ı diğer iPad 3, sunduğu grafik performansı ile bu alanda referans teşkil ederken, retina ekranlı Macbook Pro'larda dizüstü bilgisayarlardaki ekran çözünürlüğünü radikal bir şekilde arttırmış durumdalar. İşte bu anlayış kendisini iPhone 5'te de göstermiş olabilir mi ? Apple'ın altını çizdiği iki kat daha fazla grafik performansı için dört temel olasılık üzerinde duruluyor ki bunlar,

- A5 işlemcisinde kullanılan çift çekirdekli PowerVR SGX 543MP2 işlemcisinin iki kat daha yüksek frekans değerinde çalıştırılıyor olması.

- A5 işlemcisinde kullanılan PowerVR SGX 543MP2 yerine aynı hızda çalışan ancak farklı olarak dört çekirdekli olan PowerVR SGX 543MP4 GPU'sunun kullanılması.

- Saat hızı radikal şekilde arttırılmış PowerVR SGX 543MP3 GPU'sunun kullanılması.

- Yeni nesil PowerVR Rogue yani SGX6 serisi GPU'nun kullanlması.

Son seçenek şu an için en uzak ihtimal olarak görünüyor. Ancak Apple'ın, PowerVR GPU'larını geliştiren Imagination firmasının hisse ortağı olması ve kullanmak isteyeceği kimi teknolojilere finansal anlamda ciddi yatırım yapması, bu seçeneği gündemde tutmaya yeteriyor, teorideki ihtimal pratikte o kadar güçlü olmasa bile. Anandtech, ilk iki seçeneği ile özellikle voltaj gereksinimindeki artışa bağlı olarak çok mantıktlı bulmuyor ve üçüncü seçeneğin yani PowerVR SGX 543MP3'ün en güçlü ihtimal olduğunu dile getiriyor.

Apple'dan Phil Schiller, A6 işlemcisinin A6 işlemcisinden %22 daha küçük olduğunu söylemişti. Bu durum hiç şüphe yok ki 32nm üretim teknolojisine geçişin bir sonucu. İşte Apple tam da bu noktada yeni fabrikasyon sürecinin kazandırdığı zar alanını, yeni fonksiyonlar ve daha fazla işlem gücü sağlamak üzere kullanmış olabilir. 16 çekirdeğe kadar ölçeklenebilir olan PowerVR SGX 543 tasarımında en temel standartlarda belirlenen performans figürünün, 200MHz'de çalışan her çekirdek için 6.4GFLOP'a denk geldiğini ve yine aynı hızda MTriangles değerinin saniyede 35, MPiksel değerinin de saniyede 1000 olduğunu söyleyebiliriz. Ancak bu değerler başta frekans olmak üzere farklı parametrelere bağlı olarak değişkenlik gösterebilir. Şimdi de sıra geldi diğer performans unsuruna yani bellek kontrolcüsü ve kullanılan belleklerin çalışma frekansına.

Apple A6 işlemcisinin üzerinde yer alan K3PE7E700F-XGC2 kodu, bu konuda bizlere yeterli bilgiye sunmakta. Bu kod üzerinde yer alan K3P, 32-bit kanalları kullanan çift kanal bellek kontrolcüsüne denk gelmekte. Aynı kod üzerindeki E7E7, her DRAM zarı için yoğunluğun 512MB yani toplamda 1GB bellek olduğuna, kod üzerindeki son iki karakter ise döngü süresi/veri oranına denk geliyor ve frekansın 1066MHz olduğunu söylüyor. Yani iPhone 4S ile kıyaslandığında yaklaşık olarak %33 daha fazla bellek bant genişliği sunulduğunu söyleyebiliriz. Bu daha hızlı GPU ve işlemciyi beslemek için olması gereken bir hamle. LPDDR2-1066MHz bellek bulmak son derece kolay zira pek çok DRAM üreticisi bunu sağlayabiliyor. Ancak burada merak konusu olan bir başka detay, özelleştirilmiş çekirdek tasarımı üzerinde Apple'ın bellek kontrolcüsüne ilişkin modifikasyon yapıp yapmadığı.

Kısaca toparlamak gerekirse, iPhone 5 ile Apple en büyük güncellemeyi, işin görünen kısmı yerine mutfakta yapmış olabilir. A6 işlemcisi, var olan detaylar itibariyle radikal değişikliklere işaret ediyor ve dikkatleri Apple'ın işlemci geliştirme takımına çekiyor. Bir süre önce MacBook Air'ın ARM versiyonunu yapacağı da iddia edilen Apple, kapalı kapılar ardında işlemci çalışmalarını hızlandıracak ve bu noktada A6 da ilk adım olacak gibi. İki kat daha fazla işlemci ve iki kat daha fazla grafik performansı vaad eden iPhone 5'in bu vaadleri ne derece yerine getirebileceğini, telefon piyasaya çıktıktan sonra göreceğiz. Ancak şu anki ipuçlarından yola çıkılarak varılan sonuç; Apple'ın işlemci tasarımında ciddi yol aldığı ve kısa sürede piyasadaki büyük oyuncularla rekabet edebilecek noktaya geldiği yönünde.