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DynamIQ世界中的big.LITTLE

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作者: Govind Wathan,ARM计算产品事业部产品经理

ARM DynamIQ 技术于近期发布,因其对 big.LITTLE 技术未来发展的影响而引起了科技行业和“技术爱好者”的强烈兴趣。简而言之,big.LITTLE 成为了 DynamIQ 技术中的一部分。那么现在让我们回过头来,从一个更大的范围,看看这其中的关系。

2011 年 10 月,big.LITTLE 一经推出就成为了全球第一的应用于手机市场的异构处理技术。该技术的架构包括一个高性能“大”(big)CPU 集群和一个高效率“小”(LITTLE)CPU 集群,它们之间通过一致互联实现连接。在该架构上运行的软件(全局任务调度)可以将正确的应用程序任务调度到正确的CPU上。

多年以来,CPU 不断推陈出新,以实现更多功能、更强性能和更高能效。软件层也得到了更新,引入了更加智能化的任务调度算法。然而,在此期间,硬件技术架构基础却基本保持不变,仍是大小两个(或多个)CPU 集群。

该技术在手机市场迅速得到应用——在这个市场中,功耗效率和电池续航时间对于用户体验至关重要。因此,如今基于ARMv8 的已出货安卓设备有三分之二都依靠 big.LITTLE 优化功耗和性能。

尽管“大”CPU 和“小” CPU 的潜在组合方式保持不变,DynamIQ 却带来了一种可以改变异构处理格局的新型技术架构。它的做法是将大小两个集群合并,从而形成一个兼具大小 CPU、完全集成化的 CPU 集群。使用 DynamIQ 技术构建的 big.LITTLE 设计被称为 DynamIQ big.LITTLE。DynamIQ big.LITTLE 技术在 CPU 集群中引入了智能化功耗功能,有助于在一定发热量之内最大限度地发挥性能。这就意味着数据处理能力和性能将会更加强大,无论您使用什么应用程序都能享有更加丰富的体验。

DynamIQ big.LITTLE 可以带来以下好处:

·完全集成化的解决方案提供更广泛的产品差异化

·单线程性能的提升带来更胜一筹的用户体验

·通过先进的电源管理功能实现更高的能效

完全集成化的解决方案提供更广泛的产品差异化

我们作为消费者,一直期待智能手机的计算能力可以不断提高——对于每一款新上市的设备都是如此,无论是高端智能手机,还是入门级机型。客观地说, PokemonGo在 2016 年登陆手机市场之后一举成为人手必备的头号应用程序,即便在入门级智能手机上也一样。为了满足消费者对更高性能的需求,尤其是在对价格敏感的市场,系统级芯片(SoC)内的产品差异化变得更加重要。

DynamIQ big.LITTLE 系统中的新型集成式集群不但适用于现有的“2+4”(2“大”4“小”)等主流CPU 组合,而且推出了可以拓宽产品差异化(尤其在中端市场)的全新组合。这些全新组合(如“1+3”和“1+7”)将会让“大”CPU 越来越多地应用于中端市场,以便让性能水平相较于只有“小”CPU 的传统设计有所提升。然而,可扩展性的范围并未到此为止。DynamIQ big.LITTLE系统还允许在一个集群内将单个或成组的 CPU 调整到不同的性能和功耗点,从而让设计延伸出几乎无穷无尽的可能性。DynamIQ 提供的高度灵活性为价格敏感型市场创造了差异化机会。

单线程性能的提升带来更胜一筹的用户体验

虽然用户体验由于应用程序的不断发展而不断变化,但是有一件事情始终不变:用户体验在响应速度上十分依赖于单线程计算性能。诸如人工智能(AI)和增强现实(AR)之类的高级用途将对用户体验不断提出更高要求。然而,手机市场很快就提醒我们:发热量限制了设备能够实现的性能大小。热效率问题的范围已经超出了手机市场,它在汽车和笔记本电脑等其他市场也是不容忽视的一大因素。

为了克服该问题,big.LITTLE依靠动态电压/频率调节(DVFS)等技术,可以实现两个互补的性能域,其中每个性能域都能一致地调节电压和频率。而DynamIQ 通过在单个集群中支持多个可配置的性能域,进一步发展了该技术。这些性能域由单个或多个 ARM CPU 组成,可以在性能和功耗方面进行调节,并获得更佳的精细程度,比以前的 Cortex-A 四核心集群在调节精度方面可获得多达4倍的提升。

该DynamIQ 技术的特性意味着 DynamIQ big.LITTLE 系统能够在更严格的发热量限制之下发挥更多性能,从而延长性能的持续时间。此类系统还可以利用瞬时性能提升,在触摸屏或是触摸板上为应用程序启动或手势操作(如旋转、滑动和捏拉缩放)等活动带来更快的响应速度和更好的用户体验。

通过先进的电源管理功能实现更高的能效

在监控管理系统升级后,大小CPU之间所有任务转移现在都可以通过共享内存在单个CPU集群之内进行,从而提升了能效。共享数据在“大”CPU 和“小”CPU 之间的转移也可以在单个集群之内进行。从系统角度来看,这减少了数据流量,从而减少了功耗,带来了整体系统效率的优势。

此外,DynamIQ big.LITTLE 系统还受益于在CPU集群中可配置更大的缓存空间。该缓存空间大小是完全可配置的,进而可以在集群内进行更大量的异构处理,这样可以减少对外部存储器的访问,从而减少运行某些应用程序时系统使用的功耗。这也意味着减少了 CPU的数据等待时间,从而在降低功耗的同时提高性能。

DynamIQ big.LITTLE 还采用了 DynamIQ 技术的先进电源管理功能。DynamIQ 系统的设计能够加快在不同 CPU 电源状态(例如开机、关机和休眠)之间的转换速度。这缩短了 CPU 进入待机模式或掉电模式所花费的时间,从而让进/出待机状态的转换更加高效。此外,还有一项自动内存功耗管理功能,它可以根据 CPU 上运行的应用程序的类型,智能地调整集群中可用的本地内存量。

新一代创新用户体验

总而言之:big.LITTLE改进了受限环境中的功耗和热效率问题,提高了设备的计算能力,从而为消费者提供了更丰富的用户体验。DynamIQ 技术让我们站在了一个全新的异构处理时代。DynamIQ big.LITTLE 提高了 AR 和 VR 等高性能高级用途的效率,开启了丰富创新用户体验的新纪元。

从软件角度来看,针对 Linux 内核的能源感知调度程序(EAS)开发旨在处理高级系统级芯片(SoC)配置,例如新的 DynamIQ 功能。对于基础配置的 EAS 支持已经可用于 Linux,包括Android 和其他 Linux 衍生产品。Android 现在还具有任务分类功能,可用于加快处理关键任务,以便在具有 EAS 的设备上提供最佳用户体验。

与 big.LITTLE 自身相比,DynamIQ big.LITTLE 带来了三大优势:

·完全集成化的解决方案提供更广泛的产品差异化

·对 CPU 速度更加精细的控制带来更胜一筹的用户体验

·通过先进的电源管理功能实现更高的能效

话虽如此,值得一提的是,big.LITTLE 只是 DynamIQ 技术支持的诸多功能之一。DynamIQ 系统还为各个市场上的均匀系统(即非 big.LITTLE 系统)提供了显著优势。

 

来源: 电子信息产业网       责任编辑:刘静

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