big.LITTLE技術(shù)銳減智能手機(jī)CPU耗電量
當(dāng)前，隨著運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入速率的不斷提高以及智能終端價(jià)格的不斷下降，移動(dòng)智能終端得到普及。但是，移動(dòng)智能終端用戶普遍反應(yīng)終端續(xù)航能力短，大大降低了使用體驗(yàn)。
智能手機(jī)的電池耐久性之所以成為一個(gè)問(wèn)題是因?yàn)榕c傳統(tǒng)手機(jī)相比，前者的耗電量顯著增加。智能手機(jī)用戶大多采用4英寸以上的大尺寸顯示屏，以便瀏覽數(shù)據(jù)量較多、用于個(gè)人電腦的Web網(wǎng)站。而且，隨著智能手機(jī)的各項(xiàng)功能越來(lái)越便利，用戶操作的時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)。
傳統(tǒng)手機(jī)的充電電池容量在800mAh左右，由于顯示屏的大屏幕化，智能手機(jī)的電池容量已經(jīng)增至1500mAh左右。盡管如此，用戶仍感覺(jué)“電池不經(jīng)用”。即使將現(xiàn)有的電池容量增加近兩倍，也無(wú)法滿足普通智能手機(jī)用戶一天消耗的電量（圖1）。
手機(jī)廠商和部件廠商開始意識(shí)到電池耐久性會(huì)成為移動(dòng)智能終端的一個(gè)大問(wèn)題，正在從CPU、屏幕等多個(gè)角度徹底削減電力的浪費(fèi)。近日，英國(guó)ARM公司為削減智能手機(jī)及平板終端等CPU耗電量而推出了“big.LITTLE技術(shù)”。該技術(shù)可應(yīng)用于終端的處理負(fù)荷，使用微架構(gòu)各異的CPU內(nèi)核群（群集），從而兼顧C(jī)PU的低耗電量和高性能。據(jù)悉，該技術(shù)有望2013年前后實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，是切換不同微架構(gòu)CPU內(nèi)核的典型方法。
可降低CPU耗電量70％以上
ARM公司發(fā)布的“big.LITTLE”技術(shù)可以切換使用相同指令集架構(gòu)CPU內(nèi)核群，混合使用為提高最高性能而開發(fā)的A15內(nèi)核，以及為優(yōu)先提高電力效率而開發(fā)的A7內(nèi)核，兼顧了負(fù)荷較小時(shí)的低電力運(yùn)行和負(fù)荷較大時(shí)的高性能運(yùn)行。兩種內(nèi)核在寄存器范圍等方面存在差異，不過(guò)這種差異可以利用二者配備的虛擬支援能力解決。
“在同一枚裸片上混載制造工藝各異的電路可能會(huì)增加掩模費(fèi)用。將來(lái)采用閾值較少的big.LITTLE的廠商應(yīng)該會(huì)增加。”某半導(dǎo)體廠商的技術(shù)人員表示。
從原理上來(lái)說(shuō)，只要是指令集架構(gòu)相同的CPU內(nèi)核均可適用big.LITTLE技術(shù)，目前可使用的是A15和A7的組合。big.LITTLE技術(shù)是可以切換使用指令集兼容的A15內(nèi)核群和A7內(nèi)核群的技術(shù)。具體應(yīng)用時(shí)候，處理負(fù)荷較低時(shí)利用電力效率較高的A7內(nèi)核群，負(fù)荷較高時(shí)利用單位頻率的處理性能較高的A15內(nèi)核（圖2）。
據(jù)ARM介紹，當(dāng)CPU的不同工作頻率的利用狀況為以下情況時(shí)，通過(guò)利用big.LITTLE技術(shù)，可將CPU的耗電量削減70％以上。此時(shí)，A15的利用時(shí)間占12％，A7為88％。
目前以Task Migration型為主
big.LITTLE技術(shù)有切換使用A15內(nèi)核和A7內(nèi)核的“Task Migration”模式，以及同時(shí)運(yùn)行A15內(nèi)核和A7內(nèi)核的“MP”（multiprocessing）模式。MP模式需要擴(kuò)展OS的調(diào)度器（Scheduler），ARM公司正面向big.LITLLE的實(shí)用化時(shí)間進(jìn)行開發(fā)。
Task Migration型是開篇提到的利用方法，是以前就存在的DVFS的擴(kuò)展方法。當(dāng)處理負(fù)荷降低到一定水平時(shí)，就可切換為A7。同時(shí)運(yùn)行的只有A15或A7其中一方的群集。
MP型會(huì)相應(yīng)于每項(xiàng)任務(wù)的負(fù)荷，由OS調(diào)度器判斷并決定是由A15還是A7來(lái)執(zhí)行任務(wù)。如果沒(méi)有需要高處理性能的任務(wù)，就會(huì)關(guān)閉未分配到任務(wù)的內(nèi)核電源。
ARM公司項(xiàng)目管理部處理器事業(yè)部董事John Goodacre表示，big.LITTLE技術(shù)目前主要以Task Migration型的利用模式為主。這是因?yàn)镸P型應(yīng)用需要大幅修正OS調(diào)度器等，支持SMP的OS一般會(huì)均等利用多個(gè)內(nèi)核，不具備電力效率各異的異構(gòu)群集這一概念。因此目前先采用Task Migration型。
未來(lái)考慮開發(fā)混合模式
最初，Task Migration型為群集間的切換及內(nèi)核間的硬件差異吸收，而采用了虛擬化技術(shù)，不過(guò)，“只是在Task Migration型的原型中沿用了虛擬化技術(shù)，實(shí)際產(chǎn)品中虛擬化技術(shù)的采用不是必需的”，John Goodacre表示。
另外，John Goodacre還表示，big.LITTLE技術(shù)除了上述兩種利用方式之外，還在探討可謂是二者混合版的以Linaro等為主的第三種利用模式。
混合化得以推進(jìn)的背景在于，CPU內(nèi)核在處理器上所占的面積比例減小。在目前的雙核產(chǎn)品中，CPU內(nèi)核的面積只占整體的1～2成。今后，如果電路面積也隨著半導(dǎo)體的進(jìn)一步微細(xì)化而出現(xiàn)充裕空間，GPU內(nèi)核等其他電路也有望采用混合構(gòu)造。
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