Huawei Kirin 980 analizi: Yeni nesil mobil işlemci

 

Huawei inanılmaz bir hızla büyüyor, Apple'ı geçti bile. Eğer Samsung kendine gelmezse, uzak olmayan bir gelecekte onu da geçebilir. Üstelik Huawei'in büyümesi, Apple ve Samsung'ün bugünlere geldiği büyüme serüveninden farklı. Bu iki firma, telefon satışlarının çığ gibi arttığı ve pazarın çok hızlı geliştiği bolluk döneminde büyüdü. Huawei ise bugün büyüyor, pek çok ülkede pazarın doygunluğa ulaştığı, yeni büyüme hedefi olarak Hindistan gibi düşük marjlı ülkelerin ön plana çıktığı bir dönemde.

 

 

Çinli üreticinin büyüme vizyonu, dikey entegrasyonla ilerliyor. Yani şirket ürünlerini ayrıştırabilmek, maliyetleri kontrol edebilmek ve daha iyi optimizasyon için kendi geliştirdiği işlemcileri kullanıyor. Bu elbette uzun vadeli bir insiyatif.
Bakın Çin birkaç yıl önce çok önemli bir girişim başlattı. Made in China 2025. Büyük oranda yüksek teknoloji içeren 10 farklı sektör belirleyen Çin, 2025 yılında bu sektördeki ürünlerde en az %70 yerlilik istiyor. Ülkenin bu önlemle iki amacı var; Dışa bağımlılığı azaltmak ve büyüyen ekonomiyi  olası bir orta gelir tuzağı riskine karşı güvenceye almak. 

 

 

Huawei'in işlemcilerini geliştiren ve tamamı Huawei'e ait olan HiSilicon şirketi, 90'ların başında, telekonomünikasyon alanında özel amaçlı devre ve çip ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla kuruldu. 2003'te Huawei'in cep telefonu pazarına girmesinin hemen ardından 2004 yılında HiSilicon bağımsız bir yapılanmaya kavuştu.

 

Asıl değişim ise Huawei'in tüketici ürünleri grubu CEO'su olan ve bugün alanındaki en başarılı yöneticilerden biri olarak Richard Yu'nun 2011'de başa gelmesiyle başladı. Samsung'un ilk defa Galaxy S7 ailesinde kullandığı Exynos M1 çekirdek tasarımına başladığı 2012 yılında Hisilicon firması altşirketi olduğu Huawei'in uzun vadeli işlemci planlamasını yapmaya başlamıştı.

 

 

Huawei'in kullandığı işlemcilerin, Apple-Samsung-Qualcomm üçlüsünden farkı var. Her üç firma da özelleştirilmiş çekirdek tasarımı kullanırken, Huawei ise farklı bir strateji izliyor ve en yeni işlemci mimarisine erken adaptasyon için ARM'ın geliştirdiği saf çekirdek tasarımına sadık kalmayı tercih ediyor.

Mesela ARM'ın Cortex-A72 çekirdek tasarımını ilk defa Kirin 950 işlemcisinde, Cortex-A73 tasarımını da Kirin 960'da görmüştük. İlk defa Mate 10 ailesinde, sonrasında P20 ailesi ve bazı Honor modellerinde gördüğümüz Kirin 970 işlemcisi ise şirketin 10nm üretim geometrisine geçiş hazırlıkları ve yapay zeka adaptasyonundaki gelişmeler nedeniyle selefi gibi Cortex-A73 çekirdek tasarımını kullanmış ve bu rekabette geri düşürmüştü çünkü Qualcomm'un Snapdragon 845'te kullandığı özelleştirilmiş tasarım Cortex-A75'i baz alıyordu.

 

 

Huawei'in saf çekirdek performansındaki rekabetçi pozisyonu ve yapay zeka motoru entegrasyonundaki başarısı önemli olmakla birlikte şirket son birkaç jenerasyondur ne yazık ki GPU yani grafik işlemci tarafında hatalı kararların ve kötü uygulamaların sonucunda aynı oranda rekabetçi olamıyordu. Düşük güçlü GPU kaynaklarının yüksek hızda çalıştırılması, sürdürülemeyen anlık performans ve buna ek olarak yüksek saat hızı nedeniyle kısa sürede throttling getiriyordu.

Huawei'in resmi tanıtımını IFA 2018'de yaptığı, ilk defa Mate 20 Pro'da göreceğimiz Kirin 980 işlemcisi ise geçmişten yapılan hatalardan ders alındığını ve çok daha iyi bir platformun geliştirildiğini gösteriyor. Bu işlemci 7nm üretim teknolojisi ve ARM'ın Cortex-A76 çekirdek tasarımıyla ilk işlemci olmayı başardı. Kirin 980 işlemcisini daha iyi anlayabilmek için önce Cortex-A76'ya göz atalım.

 

 

ARM'ın önceki nesil Cortex-A72 ve A73 işlemci tasarımları büyük oranda benzerlik gösteriyordu zaten her iki çekirdek tasarımı da şirketin Fransa'nın Silikon Vadisi olarak bilinen, Nis şehrine yakın Sohia Antipolis bölgesindeki ar-ge merkezi tarafından geliştirilmişti. Kirin 980'le gördüğümüz gelecekte pek çok işlemciye güç verecek Cortex-A76 ise farklı. ARM'ın Teksas'taki ekibi tarafından geliştirilen işlemci mimarisi için sıfırdan yani boş bir kağıt üzerinde başlandı.

 

 

Cortex-A76 ile amaç, dizüstü bilgisayar sınıfı performansı akıllı telefonlara uygun güç tüketimiyle sunabilmek. Geliştirme çalışmaları 4 yıl süren Cortex-A76 çekirdek tasarımı için ARM'ın çok sağlam bir hedef koyduğu biliniyor. Rakiplerinden yarı yarıya daha az güç tüketimi ve zar boyutu. Burada asıl rakibin yavaş yavaş Intel olmaya başladığını da ifade edeyim çünkü ARM'a göre bu çekirdek tasarımı, yüksek kapasiteli tampon belleklerlele birlikte çok verimli çalışıyor.

 

 

Öyle ki üç tane A76 çekirdeği bolca tampon bellekle birlikte Intel'in U sınıfı Skylake işlemci çekirdeğinin içine sığabilir. Tabi bu kıyaslamayı yapan ARM, 7nm işlemci çekirdeğini baz alırken, Intel tarafında ise muhtemelen 14nm baz alınıyor. Üretim geometrisi küçüldükçe birim alana daha fazla transistör ya da aynı transistör sayısını daha düşük birim alanına sığdırmak mümkün kılınırken aynı zamanda enerji tüketiminde gelişme yaşanarak frekansların arttırılması sağlanıyor.

 

 

Cortex-A76 öncül mimarilerin farklı senaryolarda dar boğaz yaşadığı her birimi yeniden ele alıyor ve VR ya da AR gibi geleceğin iş yüklerine göre baştan optimize ediyor. Bu doğrultuda dallanma tahmini mekanizması için komut önceliğine yöneli yeni bir hibrit yöntemden utun da daha yüksek bellek erişimini daha düşük erişim süresiyle kullandırmaya kadar muazzam bir gelişim var. Burada bahsettiğimiz bellek, sistem belleği değil. İşlemcinin sahip olduğu çekirdekler arası veya tüm çekirdek kümesi için tahsis edilmiş tampon bellekler. Bu belleklerle ilgili erişim süresi, döngü başına işlem başarımında önemli.

 

 

Bunun farkında olan Teksas'taki ARM mühendisleri, Cortex-A76'daki bantgenişliğini Seviye 1 için 2.5 kata, Seviye 2 için 2 kata, Seviye 3 için 1.5 katın üzerinde ve DRAM yani sistem belleği için de 1.5 kat civarında arttırmayı, üstelik bunu erişim süresi cezası yaşamadan arttırmayı başarmışlar. Çekirdeklerin girdiği yük esnasındaki işlemlerde, yükün durumuna ve IPC gereksminine bağlı olarak tekli veya çok çekirdekteki en yüksek başarım için bu gerekli çünkü modern uygulamalar, daha fazla veri için işlemci kaynaklarının daha fazla datayla beslenmesini şart koşuyor ve bunun için daha fazla bantgenişliği gerekiyor.

 

 

ARM'ın açıklamasına göre Cortex-A76, selefi olan A75'ten tek çekirdek performansı için %25 daha fazla tam sayı IPC başarımı gösteriyor. Aynı başarım kayar nokta tarafında ise %35. Bunları alt alta koyduğunuz zaman GeekBench 4 için %28, JavaScript içinse %35 daha yüksek performans ortaya çıkıyor.

 

Bakın bahsettiğim bu değerler Cortex-A75'e karşı, her ne kadar özelleştirilmiş olsa da bir bakıma Snapdragon 845'e karşı, Kirin 970'te Cortex-A73 olduğu için ona karşı performans farkı daha da açılıyor ki bir kısmını tablolardan görebiliyorsunuz zaten. Mimari seviyede tek çevrimli çok veri paralelliğinin 128-Bit seviyesinde iki kat arttırılması makine öğrenme tarafındaki genel başarımı da neredeyse 4 kat arttırdı.

 

 

Şu an ekranlarınıza gelen tablo, mimarinin GeekBench özeliğindeki durumunu net bir şekilde ortaya koyuyor tabi dikkatinizi çekmek isterim, çekirdekler aynı saat hızında çalışmıyor. Bana kalırsa aynı saat hızında saf mimari gelişimi görmemizi sağlayacak bir kıyaslama daha sağlıklı olabilirdi lakin ARM, 7nm üretim geometrisinin enerji tüketimini arttırmadan hızların bu noktaya gelmesinin mümkün olduğunu söylüyor dolayısıyla toplam kazanım gösterilmek istenmiş sanırım.

 

Üretim geometrisinin etkilerine bakalım isterseniz. Zira Kirin 980 için Huawei'in altını en fazla çizdiği detaylardan birisi de dünyanın ilk 7nm mobil işlemcisi olması. Cortex-A76 çekirdeği, 750miliwatt güç kullanım bütçesi ile aynı bütçeye sahip olan 10nm geometrisindeki Cortex-A75'ten %40 daha yüksek performans veriyor. Hatta aynı performansta olduklarını farz edelim, bu defa güç kullanımı %50 azalıyor bunlar gerçekten inanılmaz gelişimler. Zaten firmaların 7nm çip ürettireceği ana firma Tayvanlı TSMC ve onun söylediği de benzer, 10nm'den 7nm'ye geçiş %40 güç tüketim avantajı sağlayacak.

  

 

Evet Kirin 980'in neye güvenerek gövde gösterisi yapmaya çalıştığını anladık sanırım, şimdi isterseniz Huawei'in bize neler sunduğuna daha yakından bakalım. Önce genel özellikler, Kirin 980, 8 çekirdekli bir platform. Bu çekirdeklerden dört tanesi az önce detaylarını anlattığım Cortex-A76 tasarımını, diğer dört tanesi ise Cortex-A55 çekirdek tasarımını baz alıyor.  

 

Kirin 980'deki çekirdek konfigürasyonunu yüksek performanslı, performanslı ve verimilik odaklı çekirdekler olarak ayırabiliriz. Cortex-A76 çekirdekleri saat hızı ve çalışma voltajı olarak iki ayrı konfigürasyona ayrılsa da mikroişlemci mimarisi farklılık göstermiyor. Huawei'in çekirdek entegrasyon yönteminde A76 çekirdeklerinin iki tanesi 2.6GHz'de, diğer iki tanesi 1.92GHz'de çalışırken, A55 çekirdeklerinin frekansı ise 1.8GHz.

 

 

Üreticiler artan performansın TDP üzerindeki etkilerini ılımlı tutabilmek adına farklı frekans seviyesine yönelebiliyorlar. Örneğin Galaxy Note 9'un Exynos 9810 işlemcsindeki M3 çekirdeki kümesinde tek çekirdeğin yük altındaki hızı ile 4 çekirdeğin yük altındaki hızları farklılık gösteriyor. Bunlar performans ve güç tüketimi arasındaki ideal çizgiyi aşmamak adına alınan önlemler. 

Tabi burada ilginç bir detay daha bulunuyor. Cortex-A76 çekirdeği için ARM sürekli olarak 3GHz'i hatta 3.3GHz seviyesini işaret etmiş olsa da, Huawei daha mütevazi davranarak 2.6GHz'de kalmayı tercih etmiş. 3GHz'de çalışan A76 çekirdeklerini belki Snapdragon 855'te görebiliriz ama henüz tam olarak emin değilim.

 

Qualcomm, Asus ile özel işbirliği çerçevesinde ROG Phone'da Snapdragon 845'in 2.96GHz'de yani bir bakın 3GHz'de çalışan versiyonunu sunmuştu ama oradaki çekirdekler hand picked dediğimiz özel seçim binlenmiş versiyonlardı. Ancak yeni platformunda Qualcomm da 7nm'ye geçeceği için bu hız seviyesini genele de yayabilir.

 

 

Huawei'in kullandığı 4MB büyüklüğündeki Seviye 3 bellek tüm çekirdeklere hizmet ediyor. Çekirdek dağılımı ve bellek hiyerarşisi en güncel DynamiQ tasarımının kullanıldığı gösteriyor dolayısıyla yük durumuna göre farklı çekirdek kombinasyonları görebileceğiz ancak ne var ki bunun nasıl atanacağı kısmı, Huawei'in kullandığı algoritmayla ilgili. Şirket esnek bir zamanlayıcı kullandığını örneğin müzik dinlemek için tek bir A55 çekirdeğinin, sosyal medya için birden fazla A55 çekirdeği ve A76 çekirdeğinin, PubG gibi oyunlarda ise tüm kaynakların yük altına gireceğini ifade ediyor.

Buradan GPU yani grafik işlem birimine geçelim. Kirin 980 bir başka ilki de bu kısımda gerçekleştiriyor, ve ARM'ın en yeni GPU mimarisi olan Mali-G76 ile tanıtılan ilk platform olmayı başarıyor. Şirket bu noktada Mali-G76'nın 10 çekirdekli versiyonunu tercih etmiş ve 720MHz saat hızı tayin etmiş.

 

 

Şimdi biraz G76 GPU'sundan bahsedelim istersenizi çünkü ARM'ın en yeni grafik mimarisi olarak selefi olan G72 ve onun evvelindeki G71'e karşı bazı önemli farkları söz konusu. Compute Power dediğimiz işlem gücünü arttırmaya yönelik olarak donanımsal kaynakların miktarı ve dağılımında yenilikler içeren bir tasarım Mali G76. Örneğin G72 ile kıyaslandığında %25 daha fazla performansı verirken şu dağılım önemli arkadaşlar.

 

 

Kirin 970'te de kullanılan Mali G72 GPU'sunda her bir motor için 4 adet yürütme hattı, her bir çekirdek için 3 adet motor ve toplamda 32 çekirdek için 384 adet yürütme hattı söz konusu olabilirken, Mali G76'da ise her motor için 8 yürütme hattı, her çekirdek için 3 motor ve toplamda 20 çekirdek için 480 adet yürütme hattından bahsedebiliriz yani burada performansa etki eden temel kaynakların kullanım noktasında önemli bir kazanım söz konusu.

Buna ek olarak kaplama tarafında iki kat arttırılan haritalayıcı, GPU'nun sahip olduğu ikinci seviye tampon belleğin daha esnek konfigüre edilebilmesi, makine öğrenme için tamsayı8 hesaplama kabiliyetinin eklenmesi gibi güncellemeler sayesinde %30 daha iyi performans, %30 daha yüksek enerji verimliliği ve yapay zekaya yönelik olarak 2.7 kat daha iyi makine öğrenme kabiliyeti sağlıyor.

 

 

Mali-G76 GPU'sunun Kirin 980'deki uygulamasına baktığımızda ise karşımıza şöyle bir tablo çıkıyor. Birincisi 10 çekirdekli konfigürasyon, Kirin 970'deki 12 çekirdekli Mali-G72'den küçük gibi görünse de az önce bahsettiğim mimari gelişim %66 daha yüksek donanımsal kaynak anlamına geliyor ve 720MHz ile selefinden 27MHz ile %3 daha düşük frekansta çalışan Mali-G76MP10'lu Kirin 980, %46 daha yüksek grafik performansı ve %178 daha yüksek enerji verimliliği getiriyor.

Böylesine yüksek işlemci ve grafik gücünü çok daha yüksek bellek bantgenişliği ile beslemek gerekiyor. Huawei'in iddiasına göre Kirin 980, endüstride ilk defa 2133MHz hızında Low Power DDR4X bellek desteğine sahip. Snapdragon 845'in standart olan 1866MHz bellek desteği ile kıyaslandığında %20 daha yüksek bantgenişliği ve %22 daha düşük erişim süresi avantajı getiriyor. Bu değerler ile rakiplerinden daha hızlı data taşıyabilen geliştirilmiş bellek kontrolcüsü, performansa katkı yapan unsurlardan bir diğeri oluyor.

 

Gelelim yapay zeka tarafına. Yapay sinir ağı altyapısını çift nöral işlem motoru ile iki kata yakın performans artışı söz konusu. Üstelik bunlar Kirin 970'teki sinir ağı motorunun aynısı değil, onunla kıyaslandığında 2 katın üzerinde daha hızlı. Bunun getirdiği sonuç ise yapay zeka performansında %134 artış, yapay zeka verimliliğinde ise %88 kazanım.

 

Bu performans ile Kirin 980 dakikada 4500 farklı görüntü tanımlaması yapabiliyor. Henüz bağımsız ölçüm sonuçları olmasa da bu değerler ile Kirin 980, Snapdragon 845'ten neredeyse iki kat daha yüksek yapay zeka başarımı gösterebiliyor, Apple A11 ile kıyaslandığında ise fark neredeyse 3 kata yakın. Tabi donanımsal olarak ciddi derecede artış gösteren yapay zeka altyapısının, Mate 20 serisinde yazılım olarak ne derecede uyarlanmış olduğunu telefonlar çıkınca göreceğiz.

 

Kablosuz iletişim tarafında da önemli gelişmeler var. Kirin işlemci ailesini geliştiren Hiscilion ekibi birinci rakip olarak Qualcomm'u hedef almış durumda. Dolayısıyla modem tarafında da önemli çalışmalar yürütüyorlar. Huawei'e göre Kirin 980, dünyanın ilk Kategori 21 modemine sahip olan yongada sistem platformu.

 

Bu da uyumlu bir şebeke üzerinde saniyede 1400Megabitik hız anlamına gelse de dünya genelinde bu hızı görmek çok kolay olmasa gerek diye düşünüyorum. Modem bu hıza ulaşabilmek için üçlü Carrier aggregationdan istifade ediyor. Her ne kadar IFA 2018 kapsamında Huawei Balong 5000 adını verdiği 5G modeminden bahsetse de ne zaman göreceğimize dair henüz net bir bilgi yok ancak Snapdragon 855 ile birlikte X50 5G modem kullanıma sunulmuş olacak. Huawei'in 5G modemi için sanıyorum ki P30 serisi telefonlar daha gerçekçi bir hedef.

 

 

Kirin 980'in Huawei adına bir başka önemi ise şirketin kendi geliştirdiği WiFi kontrolcüsüne geçiş yapmış olması. Hi1103 kodlu yeni kontrolcü 802.11ac standardı üzerinde 1732megabit saniye hızına ulaşabiliyor. Daha önce genellikle Broadcom kontrolcü tercih eden firma, Kirin 980 için optimize edilen Hi1103 kontrolcü ile Snapdragon 845'in hem Broadcom hem de Qualcomm'n kendi WiFi kontrolcülü kombinasyonlarından çok daha hızlı olduğunu ifade ediyor.

İlk defa Xiaomi Mi8 ile duyduğumuz çift frekans özelliği, Kirin 980 ile Huawei telefonlara da geliyor. Bu sayede küresel konum belirleme için sadece L1 değil aynı zamanda 1176MHz bandında çalışan L5 frekansı da kullanılıyor ve 10 kata kadar daha hassas konum belirleme tayin ediliyor.  

 

Huawei telefonların iddialı olduğu alanların başında kamera geliyor. Bilmeyenler olabilir dolayısıyla kısaca anlatmak istiyorum. Elde edilen kamera deneyiminde görüntü sinyal işlemcisi önemli çünkü kameranın oto fokus hızından göründeki beyaz dengesine kadar pek çok temel metrik, kullanılan işlemci platformundaki ISP yani görüntü sinyal motoru tarafından ayarlanır. Huawei'in yaptığı en önemli güncellemelerin başında çok sahneli gürültü azaltma yöntemi olan Multi pass noise reduction geliyor.

 

Herhangi bir bulanıklığa sebebiyet vermeksizin, görüntüdeki kumlanma etkisini azaltacak bir yöntem olarak yorumlayabilirim. Düşük ışık performansına doğrudan etki edecek bir güncelleme olmuş bu.Huawei'in açıkladığı rakamlara göre yeni çift ISP motoru aynı zamanda %46 daha hızlı kamera işleme performansı, %23 daha iyi enerji verimliliği ve %33 daha düşük kayıt gecikme süresi avantajı sağlıyor.

 

Huawei Kirin 980 tam bir mühendislik harikası, 3 yıllık mesainin bir ürünü. Şirket ilk defa 2015 yılında 7nm için araştırmalarına başlıyor ve Ekim ayında lanse edilecek Mate 20 serisi ile birlikte son kullanıcılara getirmeye hazırlanıyor. 100mm2'den küçük bir zar alanı içerisine 7 milyara yakın transistör sığdırmak gerçekten önemli bir başarı ve bunda da TSMC'nin payı yadsınamayacak kadar fazla.

 

 

Önceki nesil Kirin işlemcileriyle kıyaslandığında Kirin 980 çok daha rekabetçi olacak çünkü en yeni üretim teknolojisini, en yeni CPU mimarisi ve güçlü bir grafik birimi ile sunmayı başarıyor. Selefi olan Kirin platformlarında bunlardan en az biri eksik kalıyordu. Rekabeti belirleyecek iki önemli gelişme olacak, bunlarda ilki 12 Eylül'deki iPhone lansmanı ve yeni A12 işlemcisi, diğeri ise Aralık ayında yapılacak Qualcomm Snapdragon Teknoloji Zirvesi ve orada tanıtılacak Snapdragon 855.

Şunu da ifade etmek isterim ki, evet Kirin 980 ilk 7nm işlemci olarak tanıtıldı ancak eğer iddialar doğru ise yani Apple'ın A12 işlemcisi 7nm olarak gelirse, piyasa giren ilk işlemci olacak çünkü Apple genellikle tanıtımı takip eden bir iki hafta içerisinde ürünlerini piyasaya sürmüş oluyor, eğer bu defa bir sürpriz yaşanmaz veya değişiklik yapmazlar ise.