Cihazınızdaki CPU, her saniye milyonlarca hesaplama gerçekleştirir ve bilgisayarınızın nasıl çalıştığından sorumludur. CPU ile çalışmak, matematiksel görevlerden sorumlu olan ve CPU'nun mikro kodu tarafından yönlendirilen Aritmetik İşlem Birimidir (ALU).
Şimdi, bu CPU mikro kodu statik değildir ve geliştirilebilir ve böyle bir gelişme Intel'in AVX-512 komut setiydi. Ancak Intel, AVX-512'yi ortadan kaldırarak işlevselliğini CPU'larından tamamen kaldıracak. Ama neden? Intel neden AVX-512'yi öldürüyor?
ALU Nasıl Çalışır?
AVX-512 komut setini tanımadan önce, bir ALU'nun nasıl çalıştığını anlamak çok önemlidir.
Adından da anlaşılacağı gibi, Aritmetik İşlem Birimi matematiksel görevleri gerçekleştirmek için kullanılır. Bu görevler, toplama, çarpma ve kayan nokta hesaplamaları gibi işlemleri içerir. Bu görevleri gerçekleştirmek için ALU, CPU'nun saat sinyali tarafından sürülen uygulamaya özel dijital devre kullanır.
Bu nedenle, bir CPU'nun saat hızı, talimatların ALU'da işlenme hızını tanımlar. Dolayısıyla, CPU'nuz 5 GHz saat frekansında çalışıyorsa, ALU bir saniyede 5 milyar talimatı işleyebilir. Bu nedenle, saat hızı arttıkça CPU performansı artar.
Bununla birlikte, CPU saat hızı arttıkça CPU tarafından üretilen ısı miktarı artar. Bu nedenle, ileri düzey kullanıcılar, sistemlerinde hız aşırtma yaparken sıvı nitrojen kullanır. Ne yazık ki, yüksek frekanslarda sıcaklıktaki bu artış, CPU üreticilerinin saat frekansını belirli bir eşiğin üzerine yükseltmesini engeller.
Peki yeni nesil bir işlemci, eski yinelemelere kıyasla nasıl daha iyi performans sunar? CPU üreticileri, performansı artırmak için paralellik kavramını kullanır. Bu paralellik, CPU'nun hesaplama gücünü geliştirmek için birkaç farklı işlem çekirdeğinin kullanıldığı çok çekirdekli bir mimari kullanılarak elde edilebilir.
Performansı artırmanın başka bir yolu da bir SIMD komut seti kullanmaktır. Basit bir ifadeyle, Tek Komutlu Çoklu Veri talimatı, ALU'nun aynı talimatı farklı veri noktalarında yürütmesini sağlar. Bu tür bir paralellik, bir CPU'nun performansını artırır ve AVX-512, belirli görevleri gerçekleştirirken CPU'nun performansını artırmak için kullanılan bir SIMD talimatıdır.
Veriler ALU'ya Nasıl Ulaşır?
Artık bir ALU'nun nasıl çalıştığına dair temel bir anlayışa sahip olduğumuza göre, verilerin ALU'ya nasıl ulaştığını anlamamız gerekiyor.
ALU'ya ulaşmak için verilerin farklı depolama sistemlerinden geçmesi gerekir. Bu veri yolculuğu, bir bilgi işlem sisteminin bellek hiyerarşisine dayanır. Bu hiyerarşiye kısa bir genel bakış aşağıda verilmiştir:
- Ikincil bellek: Bir bilgi işlem aygıtındaki ikincil bellek, kalıcı bir depolama aygıtından oluşur. Bu cihaz verileri kalıcı olarak saklayabilir ancak CPU kadar hızlı değildir. Bu nedenle CPU, ikincil depolama sisteminden doğrudan verilere erişemez.
- Birincil bellek: Birincil depolama sistemi, rastgele erişimli bellekten (RAM) oluşur. Bu depolama sistemi, ikincil depolama sisteminden daha hızlıdır ancak verileri kalıcı olarak depolayamaz. Bu nedenle, sisteminizde bir dosya açtığınızda, sabit sürücüden RAM'e geçer. Bununla birlikte, RAM bile CPU için yeterince hızlı değil.
- Ön bellek: Önbellek, CPU'ya gömülüdür ve bir bilgisayardaki en hızlı bellek sistemidir. Bu bellek sistemi üç bölüme ayrılmıştır: L1, L2 ve L3 önbellek. ALU tarafından işlenmesi gereken herhangi bir veri, sabit sürücüden RAM'e ve ardından önbelleğe taşınır. Bununla birlikte, ALU verilere doğrudan önbellekten erişemez.
- CPU kayıtları: Bir bilgi işlem aygıtındaki CPU kaydının boyutu çok küçüktür ve bilgisayar mimarisine bağlı olarak bu kayıtlar 32 veya 64 bit veri tutabilir. Veriler bu kayıtlara taşındığında, ALU ona erişebilir ve eldeki görevi gerçekleştirebilir.
AVX-512 Nedir ve Nasıl Çalışır?
AVX 512 komut seti, AVX'in ikinci yinelemesidir ve 2013'te Intel işlemcilerine girmiştir. Gelişmiş Vektör Uzantılarının kısaltması olan AVX komut seti ilk olarak Intel'in Xeon'unda tanıtıldı Phi (Knights Landing) mimarisi ve daha sonra Skylake-X'te Intel'in sunucu işlemcilerine yaptı CPU'lar.
Ayrıca AVX-512 komut seti, Cannon Lake mimarisi ile tüketici tabanlı sistemlere geçmiş ve daha sonra Ice Lake ve Tiger Lake mimarileri tarafından desteklenmiştir.
Bu komut setinin ana amacı, veri sıkıştırma, görüntü işleme ve kriptografik hesaplamaları içeren görevleri hızlandırmaktı. Eski iterasyonlara kıyasla iki kat daha fazla hesaplama gücü sunan AVX-512 komut seti, önemli performans kazanımları sunar.
Peki Intel, AVX-512 mimarisini kullanarak CPU'larının performansını nasıl ikiye katladı?
Pekala, daha önce açıklandığı gibi, ALU yalnızca bir CPU'nun kaydında bulunan verilere erişebilir. Gelişmiş Vektör Uzantıları komut seti, bu kayıtların boyutunu artırır.
Boyuttaki bu artış nedeniyle, ALU tek bir komutta birden fazla veri noktasını işleyebilir ve sistemin performansını artırır.
Kayıt boyutu açısından, AVX-512 komut seti, eski AVX komut seti ile karşılaştırıldığında iki katı olan otuz iki 512 bit kayıt sunar.
Intel AVX-512'yi Neden Sonlandırıyor?
Daha önce açıklandığı gibi, AVX-512 komut seti çeşitli hesaplama avantajları sunar. Aslında, TensorFlow gibi popüler kütüphaneler, talimat setini destekleyen CPU'larda daha hızlı hesaplamalar sağlamak için talimat setini kullanır.
Peki Intel, son Alder Lake işlemcilerinde neden AVX-512'yi devre dışı bırakıyor?
Alder Lake işlemcileri, Intel tarafından üretilen eski işlemcilere benzemiyor. Eski sistemler aynı mimaride çalışan çekirdekleri kullanırken, Alder Lake işlemcileri iki farklı çekirdek kullanır. Kızılağaç gölü CPU'larındaki bu çekirdekler olarak bilinir P ve E-çekirdekleri ve farklı mimariler tarafından desteklenmektedir.
P çekirdekleri Golden Cove mikro mimarisini kullanırken, E çekirdekleri Gracemont mikro mimarisini kullanır. Mimarilerdeki bu farklılık, belirli yönergeler bir mimaride çalışıp diğerinde çalışmadığında zamanlayıcının doğru çalışmasını engeller.
Alder Lake işlemcileri söz konusu olduğunda, AVX-512 komut seti, P-çekirdekleri talimatı işlemek için donanıma sahipken, E-çekirdeklerinde bulunmadığından, buna bir örnektir.
Bu nedenle Alder Lake CPU'ları AVX-512 komut setini desteklemez.
Bununla birlikte, AVX-512 talimatı, Intel'in fiziksel olarak birleştirmediği bazı Alder Lake CPU'larında çalışabilir. Aynısını yapmak için, kullanıcıların BIOS sırasında E-çekirdekleri devre dışı bırakması gerekir.
Tüketici Yonga Setlerinde AVX-512 Gerekli mi?
AVX-512 komut seti, performansını artırmak için CPU kaydının boyutunu artırır. Performanstaki bu artış, CPU'ların sayıları daha hızlı kırmasını sağlayarak kullanıcıların video/ses sıkıştırma algoritmalarını daha yüksek hızlarda çalıştırmasına olanak tanır.
Bununla birlikte, performanstaki bu artış, yalnızca bir programda tanımlanan talimat AVX-512 komut setinde çalışacak şekilde optimize edildiğinde gözlemlenebilir.
Bu nedenle, AVX-512 gibi komut seti mimarileri, sunucu iş yükleri için daha uygundur ve tüketici sınıfı yonga setleri, AVX-512 gibi karmaşık komut setleri olmadan çalışabilir.