意法愛立信移動(dòng)平臺(tái)多核處理技術(shù)（二）

我們對(duì)手機(jī)的其它重要應(yīng)用軟件進(jìn)行了類似的測(cè)試，例如，視頻游戲、程序啟動(dòng)時(shí)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(jìn)化到四核，性能提升很小或根本沒有提升；當(dāng)速度相差15-20%時(shí)，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(jī)搭載四核處理器應(yīng)當(dāng)會(huì)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(jī)的可用資源比PC 機(jī)的可用資源更敏感，即使移動(dòng)處理器無(wú)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(dòng)移動(dòng)平臺(tái)上運(yùn)行級(jí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，這些應(yīng)該給軟件開發(fā)人員足夠的動(dòng)機(jī)，投入更多的資源提高多核處理器的利用率。

多媒體是一個(gè)令人關(guān)注的領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域通常對(duì)處理性能要求嚴(yán)格，多媒體軟件自然適合并行化。擴(kuò)增實(shí)境、計(jì)算攝影學(xué)、手勢(shì)識(shí)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?yàn)檫@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(jìng)爭(zhēng)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(jìn)展，因此，目前發(fā)展趨勢(shì)還不明朗。

異構(gòu)多核處理技術(shù)

移動(dòng)異構(gòu)多核處理器的設(shè)計(jì)原理是，使用高性能但功耗高的處理器執(zhí)行要求嚴(yán)格的應(yīng)用任務(wù)，使用速度慢但高能效的處理器運(yùn)行要求不高的任務(wù)。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有異構(gòu)四核處理器平臺(tái)，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(jì)不久就會(huì)上市。這個(gè)想法當(dāng)然很好，但是成功還需要一些時(shí)間；像比較雙核與四核處理器一樣，簡(jiǎn)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(shí)，簡(jiǎn)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(jiǎn)單、更有效的方式達(dá)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(jī)操作系統(tǒng)假設(shè)的共享存儲(chǔ)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(lái)，系統(tǒng)異質(zhì)管理對(duì)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(duì)穩(wěn)定。同時(shí)，應(yīng)用軟件可能會(huì)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(dòng)態(tài)電壓和頻率，而且在兩個(gè)集群器上單獨(dú)進(jìn)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(wú)法提供發(fā)揮多核處理器的全部潛能所需的先進(jìn)復(fù)雜技術(shù)，而且錯(cuò)誤的決策在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)適得其反，大量的軟件移植會(huì)引起用戶可見的系統(tǒng)故障，錯(cuò)誤決策引起性能降低或浪費(fèi)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(dòng)和優(yōu)調(diào)技術(shù)。

為了限制系統(tǒng)做出錯(cuò)誤決策的風(fēng)險(xiǎn)，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(jià)。例如，某個(gè)解決方案通過(guò)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(fù)荷從一個(gè)集群器切換至另一個(gè)集群器，以避免智能映射每個(gè)獨(dú)立軟件線程變得更加復(fù)雜，這種方法的缺點(diǎn)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(gè)最新的方法是把大小處理器整合成一對(duì)固定的處理器，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理每個(gè)大小處理器，將其視為一個(gè)電壓/頻率工作點(diǎn)擴(kuò)展的單一抽象處理器，這種方法的缺點(diǎn)是在集群器之間頻繁移植軟件具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，抽象處理器的工作模式配對(duì)不是原生的，因?yàn)樵谟布?，工作點(diǎn)是由集群器實(shí)現(xiàn)的，而非大小處理器對(duì)。