ARM新一代多核技術(shù)可延長(zhǎng)智能手機(jī)電池壽命

1、arm新一代多核技術(shù)可延長(zhǎng)智能手機(jī)電池壽命 圖2：通過(guò)異構(gòu)多核實(shí)現(xiàn)節(jié)能的big.little技術(shù) arm公司的big.little技術(shù)將注意性能的“a15”與注意耗電量的“a7”這兩種cpu內(nèi)核分開(kāi)用法，由此可降低耗電量。cpu負(fù)荷較低時(shí)，將os等囫圇系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到a7內(nèi)核，并切斷a15內(nèi)核的電源（a、b）。由本雜志按照arm公司的資料制作而成。注2）在何時(shí)將某個(gè)應(yīng)用和os轉(zhuǎn)移至其他內(nèi)核的推斷，與動(dòng)態(tài)控制cpu內(nèi)核工作頻率與電源的“dvfs（dynamic voltage and frequency scaling）”以相同的原理舉行。假如cortex-a15f的電源電壓和工作頻率降至下限，就會(huì)啟

2、動(dòng)cortex-a7并轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。無(wú)法從軟件看到內(nèi)核的切換。另外，big.little技術(shù)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)持續(xù)驅(qū)動(dòng)異質(zhì)內(nèi)核的smp利用方式。在big.little技術(shù)中，兩種內(nèi)核間采納的上的電源域（區(qū)域）和晶體管也不同。cortex-a7的電路區(qū)域采納閾值電壓較高的晶體管，通過(guò)降低電源電壓來(lái)削減工作和漏電流。而cortex-a15的電路區(qū)域則采納閾值電壓較低的晶體管，通過(guò)提高電源電壓來(lái)追求性能。架構(gòu)徹低兼容在big.little技術(shù)中，要想將在一個(gè)內(nèi)核上運(yùn)行的軟件順當(dāng)轉(zhuǎn)移到其他內(nèi)核上，就需要大小兩種cpu內(nèi)核的架構(gòu)和功能徹低相同。因此，arm公司使cortex-a7的架構(gòu)與cortex-a15徹低兼容

3、。除了cortex-a7的命令集架構(gòu)（isa）與cortex-a15徹低相同外，還將cortex-a15中首次向arm架構(gòu)引進(jìn)的虛擬化技術(shù)、ecc功能和lpae等先進(jìn)功能，挺直移植到了用于低價(jià)位智能手機(jī)的cortex-a7中。注意電力效率的cortex-a7之所以配備許多乍看并不需要的先進(jìn)功能，是為了實(shí)現(xiàn)big.little技術(shù)。異質(zhì)架構(gòu)成主流big.little技術(shù)被定位為支撐今后智能手機(jī)和平板終端應(yīng)用處理器的核心技術(shù)。arm公司在2011年10月發(fā)布的64bit架構(gòu)“armv8”，尚未發(fā)布支持的cpu內(nèi)核，估量要在2014年以后才干配備在設(shè)備上。而big.little技術(shù)是已經(jīng)可以用法的技

4、術(shù)，不久的未來(lái)就可以有用化。目前雙核架構(gòu)的智能手機(jī)用soc，基本上都采納可多個(gè)羅列相同cpu內(nèi)核的同質(zhì)架構(gòu)。同質(zhì)架構(gòu)可采納通過(guò)多個(gè)內(nèi)核運(yùn)行單個(gè)os的smp（symmetrical multi processing）架構(gòu)，因此從軟件來(lái)看易于用法。但從電力效率來(lái)看，即使在不需要高性能的狀況下，同質(zhì)架構(gòu)也不得不采納配備高速架構(gòu)（可發(fā)揮峰值性能）的內(nèi)核，這點(diǎn)與異質(zhì)架構(gòu)相比處于不利地位。big.little技術(shù)雖然在物理上采納異質(zhì)架構(gòu)，但就軟件而言多個(gè)內(nèi)核看起來(lái)就像一個(gè)。可以說(shuō)是融合了異質(zhì)架構(gòu)與同質(zhì)架構(gòu)兩者優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)。事實(shí)上，arm公司藏匿的將來(lái)應(yīng)用處理器進(jìn)展藍(lán)圖，從中端到高端的智能手機(jī)都并用了cort

5、ex-a15和cortex-a7，因此估量會(huì)采納big.little技術(shù)（見(jiàn)圖1）。由此，智能手機(jī)在具備高性能的同時(shí)，還可延伸電池壽命。作為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的王牌，big.little技術(shù)可以說(shuō)是很實(shí)用的。通過(guò)虛擬化技術(shù)掩蓋微妙的不同big.little技術(shù)在內(nèi)部也采納了頗故意思的封裝辦法。這就是利用了虛擬化技術(shù)。雖然cortex-a7與cortex-a15的isa是相同的，但是兩者在物理上是不同的內(nèi)核。假如只統(tǒng)一isa的話，那么內(nèi)核間還是會(huì)存在無(wú)法掩蓋的微妙不同。例如，arm架構(gòu)中出名為“cp15”的寄存區(qū)，可存儲(chǔ)cpu內(nèi)核的id以及緩存構(gòu)成的拓?fù)涞刃畔?。id中包括封裝有相關(guān)cpu內(nèi)核的企業(yè)id，

6、以及與cpu內(nèi)核產(chǎn)品名稱相對(duì)應(yīng)的型號(hào)等。關(guān)于這些信息，cortex-a7與cortex-a15必定不同。big.little技術(shù)通過(guò)應(yīng)用虛擬化技術(shù)來(lái)掩蓋這些不同。如前所述，cortex-a7與cortex-a15都采納了虛擬化技術(shù)。因此，在這些內(nèi)核上運(yùn)行的os一旦拜訪cp15寄存器，按照虛擬化機(jī)構(gòu)的原理，就會(huì)發(fā)生異樣陷阱（exception trap）。于是，控制任務(wù)便會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到os以下模式運(yùn)行的虛擬化軟件（hypervisor）上。在hypervisor上向os等提醒與物理cp15寄存器等不同的信息，由此可以掩蓋cortex-a7與cortex-a15之間在硬件上的不同。利用虛擬化原理在軟

7、件上“哄騙”os和應(yīng)用，由此看起來(lái)就像在徹低相同的內(nèi)核上運(yùn)行一樣。arm公司總裁tudor brown表示，“big.little技術(shù)的精髓在于雖然內(nèi)核的物理性質(zhì)不同，但從軟件來(lái)看卻徹低相同”。在cortex-a7中封裝虛擬化技術(shù)，不僅是為了與前面提到的cortex-a15確保兼容性，還是為了終于通過(guò)hypervisor消退兩個(gè)內(nèi)核間的微妙差異。加速虛擬化技術(shù)在智能手機(jī)上的普及arm公司在2010年9月發(fā)布了該公司首款采納虛擬化技術(shù)的內(nèi)核cortex-a15，當(dāng)初未必明確了在移動(dòng)領(lǐng)域如何利用虛擬化技術(shù)。cortex-a15不同于此前arm公司的cpu內(nèi)核產(chǎn)品，特地面對(duì)該公司近年著力進(jìn)展的服務(wù)器

8、領(lǐng)域。因此，估量是為了滿足該領(lǐng)域的需求，才在cortex-a15中采納了虛擬化技術(shù)。然而，big.little技術(shù)公布后發(fā)覺(jué)，虛擬化技術(shù)事實(shí)上可以廣泛用于智能手機(jī)和平板終端上。arm公司表示，“最初big.little項(xiàng)目是與虛擬化技術(shù)分離推動(dòng)的，中途我們熟悉到可以利用虛擬化技術(shù)，于是將兩者融合在了一起”。以big.little技術(shù)以及cortex-a7的引進(jìn)為契機(jī)，此前向來(lái)與移動(dòng)領(lǐng)域無(wú)緣的虛擬化技術(shù)，將標(biāo)配在幾乎全部的智能手機(jī)和平板終端上（見(jiàn)圖1）。在集群間控制全都性在big.little技術(shù)中，要想使某項(xiàng)任務(wù)順當(dāng)?shù)貜囊粋€(gè)內(nèi)核轉(zhuǎn)移到另一個(gè)內(nèi)核，需要在硬件方面舉行改進(jìn)。詳細(xì)要求是在不同內(nèi)核間確保緩存的全都性（coherency）。在緩存的全都性控制方面，arm公司網(wǎng)已經(jīng)有了“mpcore”多核技術(shù)，可以對(duì)cpu內(nèi)核內(nèi)一次緩存的全都性舉行控制。不過(guò)，mpcore以最大四核的同質(zhì)架構(gòu)多核為前提，不支持big.little技術(shù)這種異質(zhì)架構(gòu)多核。因此，arm公司針對(duì)big.little技術(shù)這種異質(zhì)架構(gòu)，在soc上新設(shè)立“集群”（cluster）這個(gè)單位。通過(guò)mpcore技術(shù)構(gòu)成的同質(zhì)架構(gòu)多核以集群為單位匯總，當(dāng)在soc上同時(shí)配備不同種類的cpu內(nèi)核時(shí)，需要另外設(shè)置新的集群。比如，分離設(shè)置一個(gè)配備兩個(gè)cortex-a7的集群，以及配備兩個(gè)cortex-a15的集群（圖2）。集