Las Vegas'ta düzenlenen CES 2015 Tüketici Elektroniği Fuarı'nda bu sene açılışı NVIDIA yaptı ve mobil cihazlar için geliştirdiği yeni nesil Tegra X1 ve akıllı otomobil teknolojileri tanıttı. NVIDIA, K1 adını verdiği güncel çözümünde, her zamankinden farklı bir strateji izleyerek, işlemci tarafında kendi özelleştirdiği 64-bit Denver mimarisini, grafik tarafında da masaüstü sistemlerdeki Kepler mimarisinin özelleştirilmiş tasarımını bir araya getirmişti. Tegra X1'de ise özellikle GPU tarafında farklılık yaratırken, CPU tarafında ise daha muhafazakar bir yapı karşımıza çıkıyor.

Bazı tablet bilgisayarlarda ve Chrome OS işletim sistemli çeşitli dizüstü bilgisayarlarda kullanılan NVIDIA'nın Tegra K1 işlemcisi İki farklı versiyona sahip. 4+1 çekirdekli düz ARM Cortex-A15 tasarımına sahip versiyonunun yanı sıra NVIDIA mühendisleri tarafından geliştirilen, ARM komut setleri üzerinde özelleştirilmiş detaylara sahip çift çekirdekli 64-bit Denver seçeneği de bulunmakta. Yeni nesil Tegra X1'de ise işler değişiyor ve Nvidia, vanilla yani saf ARM tasarımına dönüyor.

ARM big.LITTLE tasarımına sahip Tegra X1'de 8 çekirdek bulunuyor. Bu çekirdeklerden dördü yüksek performanslı Cortex-A57 tasarımını, diğer dördü ise enerji verimliliğinin daha fazla ön plana çıktığı Cortex-A53 tasarımını kullanıyor. Yani çekirdek konfigürasyonu olarak NVIDIA Tegra X1 ve Qualcomm Snapdragon 810 aynı çizgide yer alıyor. Kendi işlemci tasarımlarını geliştiren iki firmanın da, 2015'e standart ARM tasarımını baz alan platformlarla giriş yapmış olması tesadüf olamaz heraldeeee! Pazara hızlı bir giriş yapmak isteyen iki firma da bu yolu seçmiş çünkü özelleştirilmiş çekirdek tasarımları ciddi bir ar-ge gerektiriyor ve bu da birkaç yıllık zamana yayılabiliyor.

Tegra X1 işlemcisinde, yüksek performanslı Cortex-A57 çekirdek kümesi, 2MB büyüklüğünde Seviye 2 ön belliği paylaşıyor. Ayrıca küme içerisindeki her bir çekirdek için 48KB/32KB L1 bellek kapasitesine yer veriliyor. Performansın ikinci planda olduğu Cortex-A53 çekirdeklerinden oluşan küme ise 512KB büyüklüğünde Seviye 2 ön belleğe sahip. Bu çekirdekler için konumlandırılan L1 bellek kapasitesi ise 32KB/32KB. NVIDIA mühendislerinin, ARM tasarımından farklı olarak belli noktalarda yaptıkları değişiklikler göze çarpıyor. Örneğin farklı tipte çekirdeklerden oluşan iki ana küme, ARM'ın kendi bağlantı teknolojisi yerine NVIDIA'nın özel ara bağlantı sistemiyle haberleşiyor.

NVIDIA'nın açıklamasına göre Tegra X1 işlemcisi, benzer şekilde ARM'ın big.LITTLE tasarımını kullanan Samsung Exynos 5433 işlemcisinden performans / watt değerlendirmesinde aynı güç tüketiminde 1.4 kat daha yüksek performans verebiliyor ya da aynı performans seviyesinde neredeyse yarı yarıya daha az güç tüketiyor. İşlemci mimarisi standart ARM tasarımına sadık kalsa da, NVIDIA sistem seviyesinde elektriksel tasarım noktası üzerinden güç yönetimi yaparak ARM'ın gelişmiş güç alokasyon sürücülerinden ayrılarak daha yüksek verimlilik vaad ediyor.

Çekirdeğin dışına çıktığımız noktalarda da Nvidia'nın ciddi bir gelişim gösterdiği gözlemleniyor. Özellikle Tegra K1 ile kıyasladığımızda, 64-bit LPDDR3 bellek yerine artık 64-bit LPDDR4 bellek desteğinin geldiğini görüyoruz. Bellek arayüzündeki bu değişim, bant genişliğini coşturarak 14.9 GB/saniye seviyesinden alarak 25.6 GB /saniye düzeyine çıkartıyor. JEDEC standartları çerçevesinde çok daha düşük enerji tüketimine sahip olan LPDDR4 belleklerle birlikte artan bangenişliğine karşın buradaki güç verimliliği de %40 düzeyinde artış gösteriyor. Görüntü aktarımı konusunda da kendinden geçen Tegra X1, bir önceki jenerasyonda 3200x2000 piksel çözünürlüğündeki 60Hz desteğini alarak, 3840x2160 piksel 60Hz düzeyine yükseltiyor. Sonuç olarak 4K içeriklerin görüntülenmesi noktasında şu anda Tegra X1'in üzerine yok diyebiliriz çünkü yeni platform HDMI 2.0 ve HDCP 2.2 destekleri kapsamında Tegra X1, 4K görüntüleri 60 kare/saniye hızında oynatabilecek, h.265 ve VP9 kodeklerine tam destek sunacak.

Görüntü performansına etki eden bir başka etken olarak ISP yani görüntü sinyal işlemcisi de geliştirilmiş. Tegra K1 ile kıyasladığımızda JPEG sıkıştırma başarımı 5 kat hızlanarak 120 MP/saniye'den 600 MP/saniye düzeyine yükselmiş durumda. Video işleme ve çözümleme tarafında ise hemen yukarıda bahsettiğimiz h.265 ve VP9 ön plana çıkarken, h.265 için verilen 10-bit renk desteği de gelmiş durumda. Yeni kodeklerin yanında var olan h.264 ve VP8 standartları da 60 kare/saniye hızında 4K video oynatabilmek yeteneği ile güncellenmiş. Bir başka önemli nokta ise Tegra X1'in depolama tarafında eMMC 5.1 standardına destek getiriyor olması. eMMC 5.0 gibi ~400MB/saniye+ transfer hızlı depolama sürücüleriyle çalışıyor Tegra X1 ancak "Enhanced Strobe ve Command Queing" gibi bazı yeni özellikler sayesinde cihaz üzerinde NAND kontrolü daha etkin bir noktaya geliyor ve yazma konusunda verimlilik artıyor.

NVIDIA'nın grafik teknolojilerinde ulaştığı en yüksek performans / watt başarımını yansıtan Maxwell mimarisini bir ilk defa GM107 GPU'sunu kullanan GeForce GTX 750 Ti ekran kartı ile görmüştük ve GTX 980'lere kadar geniş bir ürün yelpazesinde kullanıldı. Enerji verimliliği şu an rakipsiz durumda ve NVIDIA'nın Erista kod adıyla geliştirdiği Tegra X1 platformu da Maxwell GPU tasarımını geliştiriyor. "Mobile First" stratejisine adapte olan NVIDIA, Maxwell mimarisini geliştirirken, Tegra platformunun geleceğine dönük tüm gereksinimleri dikkate alarak, daha sonrasında mimariden devşirme bir ultra mobil GPU (daha önceki Tegra platformları gibi) yerine daha modüler, ürün gamındaki tüm platformlarla ahenkli bir mimari geliştirmeye özen göstermiş.

Tegra X1'de kullanılan yeni GPU, Maxwell 2.0 mimarisini kullanıyor. Tegra K1'de Kepler mimarisine sahip 192 CUDA çekirdeği, Tegra X1'in GPU'sunda hem yepyeni bir mimariye sahip hem de sayısı 256'ya yükseltişmiş durumda. Doku ünitesi iki kat artış ile 16 olurken, ROP birimleri de 4 kat artış ile 16'ya çıkmış. Saat hızının 1 GHz seviyesinde olduğu öngörülen GPU, 1600MHz hızında LPDDR4 belleğin sunduğu yüksek bantgenişliğinden istifade ediyor. Böylesi yüksek bir bantgenişliğine 64-bit arayüz ile bağlanan GPU, FP16 tek hassasiyette 1 TeraFLOP, FP32 tek hassasiyette ise 512 GigaFLOP seviyesinde teorik hesaplama gücü sunuyor. Teknik seviyedeki geliştirmeler sayesinde Tegra K1'in grafik performansıyla kıyaslandığında Tegra X1 iki kat daha yüksek performans ve aynı zamanda 2 kat daha iyi watt başına performans sunuyor. Performans bu kadar artarken, güç tüketiminin düşürülmesi, GPU tasarımındaki gelişmelerin yanında üretim sürecinin de 28 nm seviyesinden 20 nm'ye geçmesinin payı büyük.

NVIDIA, Tegra X1'in grafik işlem birimini ele alırken, belli noktalara özellikle hassasiyet göstermiş. Mobil cihazlarda kullanılan SoC yani yongada sistem platformu dediğimiz uygulama işlemcileri için performans darboğazı yaratan temel unsur, bellek bantgenişliğine ilişkin problemlerdir. Masaüstü ekran kartları için geliştirilen GPU'larda, bantgenişliği sorunu 512-bit'e varan geniş arayüzler ile aşılabilirken, küçücük pakette yer alan bir GPU için bu pek mümkün değil. LPDDR4 bellek kullanımının kuşkusuz bu sorunu çözme noktasında belli etkileri var ancak Nvidia, 64-bit arayüze sadık kalırken, diğer taraftan yepyeni algoritmalar üzerinden yenilikçi bellek sıkıştırma teknolojileri uyguluyor ve durum darboğaz yaşanmadan ve güç tüketiminde ciddi bir artış olmadan, yüksek detay ve çözünürlüklerdeki darboğaz sorununu aşar gibi görünüyor.

Sonuç olarak NVIDIA bomba gibi bir işlemciyle mobil platformlara göz kırpmış durumda. Grafik kartları konusunda GTX 980 ile gelecek seneye kadar rahatlamış durumda olan firma haliyle mobile yükleniyor. Zaten grafik kartları gelişimi yeni nesil konsollarla beraber bir süre pek artış göstermeyecektir.