解析CES 2013上的移动处理器(中)

上期我们为大家详细介绍了NVIDIA Tegra 4，包括Tegra 4的设计、Cortex-A15的性能以及GPU的表现。作为全球首款四核Cortex-A15处理器，Tegra 4受到玩家的关注理所应当。不过ARM移动处理器市场并非只有NVIDIA，三星即将推出的采用big.LITTLE技术的Cortex-A15搭配Cortex-A7的“混合处理器”Exynos 5 Octa也是展会中的亮点。本期我们将重点介绍它的情况。

大big，小LITTLE——ARM的功耗控制技术

ARM处理器发展到今天，随着性能的上升、晶体管数量的增多，功耗控制日渐困难，制程工艺也由于受到材料物理极限的限制，很难快速进步。在工艺很难控制功耗的情况下，厂商不得不另辟蹊径，在产品结构设计上进行优化。之前在Cortex-A9四核心处理器上，NVIDIA率先采用了“4+1”技术，用四个“正常”的高性能核心搭配一个低负载、低电压、低频率核心来平衡性能和功耗，并将这项技术延续到采用Cortex-A15的四核心处理器Tegra 4上。与此类似的是，ARM也打算通过改进架构设计来降低ARM处理器在整个使用寿命中的平均功耗。在CES 2013上，ARM带来的是传说已久的big.LITTLE技术，主要产品的展示则交由三星完成，具体产品型号是Exynos 5 Octa。

big.LITTLE的设计思想

从CPU的发展角度来看，类似于big.LITTLE这样的设计思想，并不是突然出现的。此类思想设计早来自于硅谷的一家CPU设计公司Montalvo Systems——这家公司在2009年就被SUN纳入囊中。在Montalvo Systems公司的设想中，他们的x86处理器将会用高性能、大型CPU核心搭配低性能、低功耗的小核心产品，在功耗和性能上将会“左右逢源”，是未来处理器发展的重要方向。在Montalvo Systems被SUN收购后，SUN又被甲骨文收购，一波三折的经历使得Montalvo Systems烟消云散，其设计也渐渐无人提及。

除了Monta lvo Systems外，英特尔也在关注类似技术。它曾经以“Scheduling Heterogeneous Multi-Cores through Performance Impact Estimation(PIE)”为题目，研究方向是异种多核处理器的内部调度以及性能表现。其中异种多核就是指高性能的大处理器和低功耗的小处理器之间的调配问题。

在CES 2013上，三星发布Exynos 5 Octa。

花开了这么多年，终的果子还是让ARM先尝到了。ARM在Cortex-A15架构发布后不久，就逐步公开了其对异种多核处理器的研究计划，并给予这种技术一个特殊的名字——big.LITTLE。其中代表大核心的“big”使用小写，代表小核心的“LITTLE”使用大写，在技术命名上颇下了一番工夫，从名称就可以感觉到，ARM对其中包含的低功耗小核心“LITTLE”更为看重。

ARM期盼的不仅仅是不同CPU之间的搭配，它还希望将不同架构的处理器统一起来为系统提供能量。

实际上ARM所考虑的异种多核处理器并非都是CPU的搭配。在ARM的介绍中，异种计算(Heterogeneous Compute)包含的处理器包括big CPU、LITTLE CPU、Domain specific accelerators(加速处理器，各种特殊的专用单元模块)以及Throughput processors(生产处理器，主要是指GPU)四大部分，这四个部分在未来的计算中会根据软件需要进行计算调配，在合适的地方发挥自己强的性能。

ARM自己也在做一些实验。根据ARM方面的消息，ARM开发了一款实验芯片，使用了3个Cortex-A7核心和2个Cortex-A15核心组建big.LITTLE架构的CPU(这颗实验CPU没有涉及GPU部分)。这颗芯片主要用于验证big.LITTLE的功耗、性能、软件以及内部结构设计等问题。需要注意的是，虽然在ARM自己的实验中，big核心和LITTLE核心的数量并不对等，但是ARM在建议设计阶段要求设计人员使用完全对等的big和LITTLE核心，也就是1个big核心必须对应一个LITTLE核心，这样才能做到有效率、快速的任务迁移。在三星即将推出的Exynos 5 Octa上，4个Cortex-A15核心就恰好对应了4个Cortex-A7的核心。

目前的big.LITTLE技术只是ARM设想中的第一代，第二代big.LITTLE技术在进一步优化内部程序切换和进一步控制功耗的同时，CPU核心也会换成Cortex-A57( big核心)搭配Cor tex-A53(LITTLE核心)，全新的ARMv8 Cortex-A50架构家族将会支持64bit计算，性能会有更为明显的提升。