意法愛(ài)立信移動(dòng)平臺多核處理技術(shù)（二）

我們對手機的其它重要應用軟件進(jìn)行了類(lèi)似的測試，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(méi)有提升；當速度相差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，智能手機搭載四核處理器應當會(huì )刺激軟件開(kāi)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(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)平臺上運行級的應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)競爭環(huán)境，這些應該給軟件開(kāi)發(fā)人員足夠的動(dòng)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(gè)令人關(guān)注的領(lǐng)域，這個(gè)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(shí)境、計算攝影學(xué)、手勢識別等令人興奮的新應用領(lǐng)域都將應用并行處理技術(shù)，因為這些功能的穩定性不適合硬件加速。在這些應用領(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(jìn)展，因此，目前發(fā)展趨勢還不明朗。

異構多核處理技術(shù)

移動(dòng)異構多核處理器的設計原理是，使用高性能但功耗高的處理器執行要求嚴格的應用任務(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(chǎng)上已經(jīng)有異構四核處理器平臺，例如，NVIDIA 的 Tegra 3 采用的Variable SMP ［6］技術(shù)，采用 ARM big.LITTLE［7］解決方案的異構多核處理器預計不久就會(huì )上市。這個(gè)想法當然很好，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、更有效的方式達到同樣的效果。

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

硬件變復雜的主要原因是，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假設的共享存儲器系統，為此，AMR 在互聯(lián)線(xiàn)上引入了ARM ACE 接口技術(shù)，但這卻提高了硬件復雜程度，導致緩存一致性流量增加。

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

完美地支持異構多核處理器需要多年的研發(fā)活動(dòng)和優(yōu)調技術(shù)。

為了限制系統做出錯誤決策的風(fēng)險，研發(fā)人員開(kāi)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(zhuān)屬方式使用大小 集群器，即不是并行處理，而是根據系統總體負荷從一個(gè)集群器切換至另一個(gè)集群器，以避免智能映射每個(gè)獨立軟件線(xiàn)程變得更加復雜，這種方法的缺點(diǎn)是沒(méi)有并行使用集群器，所以沒(méi)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固定的處理器，操作系統負責管理每個(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，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(diǎn)是由集群器實(shí)現的，而非大小處理器對。