big.LITTLE技術(shù)銳減智能手機(jī)CPU耗電量
當(dāng)前，隨著運營商移動網(wǎng)絡(luò)接入速率的不斷提高以及智能終端價格的不斷下降，移動智能終端得到普及。但是，移動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。
智能手機(jī)的電池耐久性之所以成為一個問題是因為與傳統(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、用于個人電腦的Web網(wǎng)站。而且，隨著智能手機(jī)的各項功能越來越便利，用戶操作的時間也越來越長。
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“電池不經(jīng)用”。即使將現(xiàn)有的電池容量增加近兩倍，也無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到電池耐久性會成為移動智能終端的一個大問題，正在從CPU、屏幕等多個角度徹底削減電力的浪費。近日，英國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)荷較小時的低電力運行和負(fù)荷較大時的高性能運行。兩種內(nèi)核在寄存器范圍等方面存在差異，不過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增加掩模費用。將來采用閾值較少的big.LITTLE的廠商應(yīng)該會增加。”某半導(dǎo)體廠商的技術(shù)人員表示。
從原理上來說，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)用時候，處理負(fù)荷較低時利用電力效率較高的A7內(nèi)核群，負(fù)荷較高時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，通過利用big.LITTLE技術(shù)，可將CPU的耗電量削減70％以上。此時，A15的利用時間占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，以及同時運行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的實用化時間進(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，就可切換為A7。同時運行的只有A15或A7其中一方的群集。
MP型會相應(yīng)于每項任務(wù)的負(fù)荷，由OS調(diào)度器判斷并決定是由A15還是A7來執(zhí)行任務(wù)。如果沒有需要高處理性能的任務(wù)，就會關(guān)閉未分配到任務(wù)的內(nèi)核電源。
ARM公司項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。這是因為MP型應(yīng)用需要大幅修正OS調(diào)度器等，支持SMP的OS一般會均等利用多個內(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，“只是在Task Migration型的原型中沿用了虛擬化技術(shù)，實際產(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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