Teknolojik aygıtlarda CPU’lar yıllar içinde istikrarlı bir biçimde gelişti. Bütün olarak düşündüğümüzde işlemcilerin içinde çekirdeklerle birlikte farklı kısımlar yer alıyor. Önbellek, bellek denetimcileri, I/O idare üniteleri ve daha fazlası. Çekirdekler ise en değerli kesim ve bu türlü olmaya devam edecek.
İlk olarak tek çekirdekli CPU’lar kullanıyorduk, 2000’li yılların başlarında ise her şey süratlice değişmeye başladı. İster masaüstü ister sunucu alanında olsun, 1990’ların merkezi işlemcileri yalnızca bir çekirdeğe sahipti. Sonuç olarak tıpkı anda birkaç talimat yapabilmelerine karşın, işlemciler birebir anda sadece bir iş parçacığı üzerinde çalışabiliyordu. Sonrasında çipler iş parçacığı (eşzamanlı çoklu iş parçacığı-SMT) teknolojileriyle gelmeye başladı, böylece iş yüklerini daha süratli işlemek daha kolay hale geldi.
Artan performans gereksinimleriyle birlikte çekirdeklerin sayısı da jenerasyonlar boyunca artmaya başladı. İki, dört ve sekiz çekirdek derken günümüzde tüketiciler 16 ve hatta 24 çekirdekli işlemcilere çarçabuk erişebiliyor. Lakin 2020’lerin başlarıyla birlikte bu senaryo da değişmeye başladı. Artık çip üreticileri daha güçlü ve büyük performans çekirdekleriyle birlikte daha güç verimli ve küçük verimlilik çekirdeklerini kullanmaya başladı.
x86 tarafında fitili birinci ateşleyen şirket Intel, 12. Jenerasyon Intel Alder Lake işlemcileriyle birlikte tıpkı ARM tarafında olduğu üzere hibrit mimariyi benimsemeye başladı. Küçük verimlilik çekirdeklerine E-Core yani Efficient Core, yıllardır standart olarak kullandığınız performans çekirdeklerine ise P-Core yani Performance Core ismini taktılar. Öbür bir deyişle, tek bir CPU paketinde iki farklı çekirdek çeşidi kullanılmaya başlandı.
Alder Lake’den öncesine kadar x86 bilgisayarlar çoğunlukla tıpkı çekirdeklerden oluşan yapılandırmayla geliyordu. Silikon piyangosundan bağımsız olmak üzere her çekirdek tıpkı süreç kapasitesine ve saat suratına sahipti. Çok çekirdekli dizaynlar, işleri daha süratli halletmek için vazifeleri tüm çekirdekler ortasında dağıtmayı amaçlıyordu. Sonrasında ise x86 çipler Arm’nin big.LITTLE tipine daha fazla benzemeye başladı.
İngiliz yarı iletken dizayncısı Arm, big.LITTLE mimarisi olarak bilinen dizaynıyla aslında yıllardır dizaynlar yapıyor. Cep telefonlarında, tabletlerde ve kimi dizüstü bilgisayarlarda kullanılan güç verimli SoC‘ler, farklı misyonları yerine getiren iki çekirdek kümesine sahip. Daha büyük, performans odaklı çekirdekler daha ağır misyonları üstlenirken, daha küçük, verimlilik odaklı çekirdekler çok daha az güç tüketirken art plan vazifelerini üstleniyor. Bu kombinasyon Arm’nin güç tüketimini düşük tutarken çip performansını artırmasını sağladı.
Intel’in x86 çiplerinde yaptığı şey de tam olarak bu. Aslında yalnızca Intel’den bahsediyoruz lakin birebir ilkeyi AMD de Zen 5c çekirdekleriyle benimsemeye başladı. 12. Jenerasyon Alder Lake yahut daha yeni jenerasyon olarak aldığınız CPU’ların içinde farklı işler yapan iki çekirdek kümesi yer alıyor.
Mavi ekip birinci olarak bu tasarımı Lakefield yongalarıyla, Core i5-L16G7 ve Core i3-L13G4 ile denemişti. O vakitler şirketin gelecek planları hakkında çok fazla fikrimiz yoktu ve bu taşınabilir yongalar çok fazla göz önünde tutulmadı. Artık anlıyoruz ki o vakitler kullanıma sunulan çipler bir “test” niteliğindeydi. Sonrasında ise Alder Lake, Raptor Lake ve Raptor Lake Refresh ile bu stratejiyi hem taşınabilir hem masaüstü platformda geliştirdiler. Bundan sonra gelecek olan işlemciler de temel olarak tıpkı tasarım prensibini benimseyecek.
İki farklı çekirdek sisteminde P-Core’lar çip üzerindeki en güçlü çekirdekler. Bunlar yüksek güç tüketmeye devam edecek, yüksek saat suratlarına çıkacak ve genel olarak komut seti bakımından daha güçlü olacak. Öbür bir deyişle, P-Core dediğimiz “ana çekirdekler” ağır iş yüklerini üstlenmeye devam ediyor.
Ayrıca her zamanki üzere bu çekirdekler bağımsız olarak gelişmeye devam edecek. 11. Jenerasyon Rocket Lake Serisinde kullanılan Cypress Cove çekirdeklerinin yerini 12. Jenerasyon Alder Lake ile Golden Cove çekirdekleri almıştı. Bir sonraki kuşakta ise Raptor Cove mimarili çekirdekler devreye girdi.
P-Core’lar çoklukla oyunlar ve görüntü sürece üzere daha ağır vazifelerin yanı sıra çoklukla tek çekirdek performansından yararlanan öbür iş yükleriyle de ilgilenecek. Geçmişte Intel yongalarındaki çekirdeklerin hepsi birebir olduğunda, bir bilgisayarın tüm talimatları tüm çekirdekler ortasında eşit olarak dağıtılırdı. Melez mimari ise her şeyi değiştiriyor.
Ek olarak, performans çekirdeklerinin eskisi üzere Hyper-Threading yani çoklu iş parçacığı teknolojisine sahip olduğunu belirtelim. Yani her çekirdek misyonları daha süratli yerine getirebilmek için iki süreç iş parçacığına sahip olacak.
Az evvel bahsettiğimiz performans çekirdekleri aslında yıllardır bildiğiniz çekirdeklerin birebiri, yalnızca mimari bazlı değişiklikler yapılıyor. Hibrit dizaynla birlikte spot ışıklarının önüne çıkan yıldız ise E-Core, yani verimlilik çekirdekleri. Bu çekirdekler P-Core’a kıyasla daha küçük ve daha zayıf lakin birebir vakitte daha az güç tüketiyor. Tüm odak noktaları güç verimliliği ve watt başına en uygun performansı sağlamak. Verimlilik çekirdekleri, hafif art plan vazifeleri ve çok çekirdekli iş yüklerinin bir kısmıyla ilgilenen taraf. P-Core ise daha ağır iş yükleri için tasarlanıyor.
Alder Lake, Intel’in hibrit özelliğine sahip birinci işlemcisi değil. Hibrit tasarımı birinci olarak bir Sunny Cove P-Core ve dört Tremont E-Core içeren, öncü bir taşınabilir işlemci serisi olan Lakefield ile görmüştük. Mavi grup sonrasında Alder Lake ile bu konsepti bir değil iki adım ileri taşıdı.
Daha evvel Tremont ismini taşıyan zayıf çekirdekler, Gracemont ismiyle ve daha başarılı formda geri döndü. Gracemont isimlendirmesi gelecekte değişecek, mimariler geliştirilecek. Intel’in hem 12. Jenerasyon hem de 13. Kuşak Core yongalarında Gracemont mikro mimarili E-Core’lar yer alıyor. Bu mimari, kimi Pentium Gold ve Celeron dizüstü bilgisayar çiplerine güç veren Tremont’un halefi.
Öyle ki bu çekirdeklerin birbiriyle ve ayrıyeten işletim sistemiyle ahenk içinde hareket etmesi gerekiyordu. Teknoloji devi bu iş için Thread Director ismini verdiği bir teknoloji geliştirdi. Thread Director aslında çipin içinde fiziki olarak yer alan özel bir ünite. Dahası, her jenerasyonda çekirdekler ve öbür kısımlarla birlikte Thread Director de güzelleştiriliyor.
Thread Director’ü işletim sisteminin kendi zamanlayıcısını yönlendirmeye yardımcı olmak emeliyle kullanılan akıllı bir zamanlayıcı, donanım monitörü ve yardımcı bir araç olarak tanımlayabiliriz.
Alder Lake sonrasında gelen CPU’lar, birebir çipte büyük performans çekirdekleri ve küçük verimlilik çekirdeklerini bir ortada tutuyor. Mavi grup, Thread Director üzere yeni platformdaki gelişmelerle birlikte tek iş parçacıklı performansın artacağını, gecikme müddetlerinin düşeceğini ve hatta çok iş parçacıklı performansta iyileştirmeler yaşanacağını söylemişti. Sonrasında ise birebir dizaynla yollarına devam ettiler.
Bu yeni ünite, Windows üzere standart bir işletim sisteminde hibrit mimarisinin uygun çalışmasını için sisteme bilgi veriyor. Böylece işletim sisteminin anlık senaryoya nazaran gerçek kararlar vermesi sağlanıyor ve hangi çekirdeğin kullanılacağı gerçek bir biçimde belirleniyor.
Örneklendirecek olursak, yüksek performans gerektiren bir oyun, art planda çalışan kolay bir yazılıma kıyasla çok daha öncelikli. Bu bilgi ile işletim sistemi, oyunun iş yüklerini Alder Lake’in performans çekirdeklerine yüklüyor. Farklı yazılımlar ise düşük güçlü verimlilik çekirdeklerine aktarılıyor.
Aslında işletim sistemleri genel olarak bu mevzuda epeyce başarılı. Fakat daha kıymetlisi, Thread Director işletim sisteminin iş yüklerini daha düzgün dengelemesine yardımcı olmak için birçok donanım tabanlı bilgi sağlayacak.
Çekirdek ve İstemci Geliştirme Kümesi Genel Müdürü Ran Berenson, bu yenilik hakkında şu sözleri söylemişti:
“Çok fazla ince ayar olabilir. İşletim sistemine ipuçları veriyor, hangi iş parçacığının hangi çekirdeği en yeterli formda kullanacağını tanımlayabiliyor. Ayrıyeten iş parçacığı çalışırken onun hakkında bir profil oluşturabiliyor ve oluşturulan bu profile dayanarak, iş parçacığını kullanmak için en düzgün vakit ve yerin neresi olduğunu gösteriyor.”
Windows 11 Şart
Aradan yıllar geçse de tekrar hatırlatmadan geçmeyelim. Bu işlemcileri tam randımanıyla kullanmak için Windows 11 işletim sistemi kullanmak gerekiyor. Intel, Windows 11’in Thread Director için optimize edildiğinden emin olmak için Microsoft ile birlikte çalıştıklarını söylüyor.
Intel’in hibrit mimarisinde yer alan bu çekirdeklerin ahengi, CPU dizaynında stratejik bir evrime işaret ediyor. Bu mimari, koşucuların (P-Core) ve maraton koşucularının (E-Core) birebir kadroda yer almasına benzeri; her koşucu yarışın en uygun kısmı için özel olarak seçilmiş. Performans çekirdekleri ağır iş yükleri için yüksek performans ortaya koyarken, verimlilik çekirdekleri sistemin olağan kullanım sırasında verimli bir halde çalışmasını sağlıyor. Böylece güç verimliliği de sağlanmış oluyor. CPU’nun değişen iş yüklerine karşı dinamik olarak ahenk sağlanmasıyla güç ve performans dengelemesi sunuluyor. Ayrıyeten CPU, iş yüklerini P ve E çekirdekleri ortasında dağıtarak ısı üretimini tesirli bir halde yönetebiliyor. P-Core’lar yüksek performanslı yapıları nedeniyle daha fazla ısı üretebilirken, E çekirdekleri verimlilik odaklı dizaynları nedeniyle daha serin çalışmakta.
Aslında her şeyi açıkça anlattık lakin bir de tablo yaparak her şeyi bir ortaya toplayalım:
| P-Core | E-Core | |
| Birincil Amaç | Maksimum performans ve sürat için optimize edildi | Enerji verimliliği ve art plan vazifelerinin idaresi için tasarlanmıştır |
| Güç Tüketimi | Daha karmaşık yapı ve daha süratli süreç performansı nedeniyle daha yüksek | Daha düşük güç tüketimi |
| Saat Hızı | Yoğun misyonları yönetmek için daha yüksek taban ve boost saat hızları | Enerji verimliliği için optimize edilmiş, daha düşük saat hızları |
| Çoklu İş Parçacığı | Hyper-Threading teknolojisini destekleyen performans çekirdekleri, bu sayede tıpkı anda daha fazla iş parçacığını işleyebilir | Hyper-Threading takviyesinden yoksun |
| Genel Kullanım | Ağır iş yükleri, karmaşık hesaplamalar | Her vakit açık hizmetler, çoklu misyon ve güç tasarrufu sağlayan işlemler |
Performans ve verimlilik çekirdeği kavramı teknoloji dünyası için yeni olmasa da x86 mimarisi için hala yeni sayılır. Sonuç olarak bu denemeler başarılı sonuçlar verdi, böylece verimlilik ve performans da arttı.
Intel’in akabinde AMD’nin de benzeri işlemciler piyasaya sürdüğünü söylemiştik. Zen 5’in kardeşi Zen 5c çekirdekleri hem son tüketici hem sunucu alanında kullanılmaya başladı. Gelecek yıllarda da kullanım alanı artacaktır.