ARM的未來低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展之路

在DAC計(jì)劃的異構(gòu)多核系統(tǒng)小組討論中，ARM的Carl Wilton介紹了公司的宏體系結(jié)構(gòu)計(jì)劃，降低高性能系統(tǒng)的系統(tǒng)功耗：大-小計(jì)算。

大-小方法(圖3)是一種多核體系結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)核有相同的指令集，幾乎相同的狀態(tài)寄存器，但是有完全不同的功耗性能特性。在目前的實(shí)現(xiàn)中，這意味著高性能ARM Cortex A15內(nèi)核簇，并配上高效的A7內(nèi)核簇，都通過ARM連貫的互聯(lián)架構(gòu)進(jìn)行連接。

A-15具有連續(xù)的三路前端，可無序執(zhí)行，還具有深達(dá)24級(jí)的流水線，能夠提供服務(wù)器級(jí)的執(zhí)行速率。高速緩存結(jié)構(gòu)為其提供支持，用于為不斷出現(xiàn)的新指令提供服務(wù)。因此，運(yùn)行在A-15上的任務(wù)會(huì)執(zhí)行得非?？?。相比較而言，A-7是雙路、按序，相對(duì)簡單的內(nèi)核，具有較淺的8-10級(jí)流水線。A-7執(zhí)行速度較慢，但是每次操作的能耗不到一半。

這里的想法是，僅在需求較高時(shí)使用A15內(nèi)核，其他時(shí)間對(duì)其進(jìn)行電源選通：Muller的快速運(yùn)行和關(guān)斷的觀點(diǎn)。不需要A15速率的任務(wù)可以運(yùn)行在A7 CPU上，可以使用DVFS來減小每次任務(wù)時(shí)的能耗。結(jié)果是，系統(tǒng)能夠支持性能很高的突發(fā)，低功耗工作的時(shí)間很長，甚至是SoC采用了高泄漏工藝制造的情況。

管理大-小系統(tǒng)的一種方法是使用靜態(tài)任務(wù)分配，把任務(wù)分成峰值性能和高能效兩部分，相應(yīng)的把任務(wù)分配給CPU。另一方法是通過功耗預(yù)知可視化層來控制系統(tǒng)。這一管理程序會(huì)認(rèn)為所有內(nèi)核功能等價(jià)，這些內(nèi)核工作后，完全根據(jù)性能需求，把線程分配給CPU，以滿足線程的性能要求，實(shí)現(xiàn)最佳總能耗。這種設(shè)計(jì)會(huì)在管理程序和移動(dòng)任務(wù)上消耗額外的能量，但是，能夠動(dòng)態(tài)響應(yīng)環(huán)境的變化，或者使用模型的變化。

ARM的IP，您的難題

除了電路級(jí)極低電壓工作方法，以及系統(tǒng)級(jí)降低每次任務(wù)的能耗方法，ARM還建議了一種寬范圍執(zhí)行選擇。但是，CPU并不是系統(tǒng)解決方案。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，ARM的IP仍然是難度很大的任務(wù)。

在超低能耗方面，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的難題是規(guī)劃工作，近閾值或者亞閾值工作的khz時(shí)鐘應(yīng)能滿足計(jì)算的最低要求。在大-小系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)建模，使用模式就可以知道每一任務(wù)的實(shí)際性能，而這是一個(gè)主要的問題。而第二個(gè)難題是，怎樣找到一種方法將信息隨時(shí)傳遞給任務(wù)管理程序。

ARM的方向是同時(shí)擴(kuò)展性能功耗曲線的低端，提供一種方法在更長的曲線上拉伸系統(tǒng)。但是，具體實(shí)現(xiàn)仍然是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的任務(wù)。