意法愛立信移動平臺多核處理技術(shù)（二）

我們對手機的其它重要應(yīng)用軟件進行了類似的測試，例如，視頻游戲、程序啟動時間和多媒體功能，每次都取得相似的結(jié)果：在頻率相同的條件下，CPU 從雙核進化到四核，性能提升很小或根本沒有提升；當速度相差15-20%時，速度較快的雙核總能擊敗速度較慢的四核。

從正面看，智能手機搭載四核處理器應(yīng)當會刺激軟件開發(fā)人員更有效地利用四核處理器，希望比PC 業(yè)在最近10 年做得更成功。智能手機的可用資源比PC 機的可用資源更敏感，即使移動處理器無限接近PC 處理器，兩者之間還有很大差距。在軟件方面，在移動移動平臺上運行級的應(yīng)用軟件還有很大的壓力，綜合以上，再加上更低的功耗限制和更激烈的市場競爭環(huán)境，這些應(yīng)該給軟件開發(fā)人員足夠的動機，投入更多的資源提高多核處理器的利用率。

多媒體是一個令人關(guān)注的領(lǐng)域，這個領(lǐng)域通常對處理性能要求嚴格，多媒體軟件自然適合并行化。擴增實境、計算攝影學(xué)、手勢識別等令人興奮的新應(yīng)用領(lǐng)域都將應(yīng)用并行處理技術(shù)，因為這些功能的穩(wěn)定性不適合硬件加速。在這些應(yīng)用領(lǐng)域，多核處理器也有競爭技術(shù)，通用圖形處理器（GPGPU）同樣是可編程多核處理器解決方案，不同的是，GPGPU 將代碼映射到GPU 而不是CPU。目前，GPGPU 的編程難度比多核CPU 更大，但是GPU 硬件發(fā)展速度很快，編程模型和工具也取得很大進展，因此，目前發(fā)展趨勢還不明朗。

異構(gòu)多核處理技術(shù)

移動異構(gòu)多核處理器的設(shè)計原理是，使用高性能但功耗高的處理器執(zhí)行要求嚴格的應(yīng)用任務(wù)，使用速度慢但高能效的處理器運行要求不高的任務(wù)。目前市場上已經(jīng)有異構(gòu)四核處理器平臺，例如，NVIDIA 的 Tegra 3 采用的Variable SMP ［6］技術(shù)，采用 ARM big.LITTLE［7］解決方案的異構(gòu)多核處理器預(yù)計不久就會上市。這個想法當然很好，但是成功還需要一些時間；像比較雙核與四核處理器一樣，簡單的解決方案只要可行，總是被優(yōu)先選用，特別是涉及復(fù)雜的軟件修改時，簡單的解決方案總是勝出。我們稍后將分析如何利用 FD-SOI 硅技術(shù)以更簡單、更有效的方式達到同樣的效果。

異構(gòu)多核處理器使軟硬件都變得十分復(fù)雜，圖6 所示是ARM big.LITTLE 硬件解決方案。

硬件變復(fù)雜的主要原因是，處理器高速緩存只有保持一致性，才能用于智能手機操作系統(tǒng)假設(shè)的共享存儲器系統(tǒng)，為此，AMR 在互聯(lián)線上引入了ARM ACE 接口技術(shù)，但這卻提高了硬件復(fù)雜程度，導(dǎo)致緩存一致性流量增加。

在軟件方面，如果把架構(gòu)的全部潛力都發(fā)揮出來，系統(tǒng)異質(zhì)管理對于操作系統(tǒng)可能是一件非常復(fù)雜的任務(wù)。理論上，操作系統(tǒng)應(yīng)該有足夠高的智能，能夠區(qū)別要求條件不同的應(yīng)用任務(wù)，將其分配給大處理器或小處理器執(zhí)行。為限制在昂貴的集群器間移植軟件，這些決策應(yīng)該相對穩(wěn)定。同時，應(yīng)用軟件可能會突然改變行為，系統(tǒng)必須能夠迅速做出響應(yīng)，這需要提高動態(tài)電壓和頻率，而且在兩個集群器上單獨進行，增加要考慮的功率狀態(tài)的數(shù)量。不僅今天的操作系統(tǒng)無法提供發(fā)揮多核處理器的全部潛能所需的先進復(fù)雜技術(shù)，而且錯誤的決策在實際應(yīng)用中可能會適得其反，大量的軟件移植會引起用戶可見的系統(tǒng)故障，錯誤決策引起性能降低或浪費電能。

完美地支持異構(gòu)多核處理器需要多年的研發(fā)活動和優(yōu)調(diào)技術(shù)。

為了限制系統(tǒng)做出錯誤決策的風(fēng)險，研發(fā)人員開發(fā)出了中間解決方案，但是，該解決辦法需要以降低多核處理器潛能利用率為代價。例如，某個解決方案通過專屬方式使用大小 集群器，即不是并行處理，而是根據(jù)系統(tǒng)總體負荷從一個集群器切換至另一個集群器，以避免智能映射每個獨立軟件線程變得更加復(fù)雜，這種方法的缺點是沒有并行使用集群器，所以沒有發(fā)揮多核處理器的全部潛能。

另一個最新的方法是把大小處理器整合成一對固定的處理器，操作系統(tǒng)負責(zé)管理每個大小處理器，將其視為一個電壓/頻率工作點擴展的單一抽象處理器，這種方法的缺點是在集群器之間頻繁移植軟件具有一定的風(fēng)險，抽象處理器的工作模式配對不是原生的，因為在硬件上，工作點是由集群器實現(xiàn)的，而非大小處理器對。