新一代智慧手機核心節能技術 aSMP 、 big.Little 、 4-Plus-1 簡單介紹

2013.01.11 10:07AM
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是新一代智慧手機核心節能技術  aSMP 、 big.Little 、 4-Plus-1 簡單介紹這篇文章的首圖

 無論智慧手機或是平板,雖然近期電池設計也有小幅提昇,不過在一票產品輕薄風下,相對於效能的提昇,電力的限制還是較多在今年,各家針對智慧手機與平板的應用處理器商開始進入四核 Cortex-A15 架構後,如何在緩不濟急的製程更進步之前藉由設計降低功耗,就成為另一場除了效能外的戰爭。

目前市場上已經宣佈導入 Cortex-A15 或是類 Cortex-A15 架構的廠商,除了充滿謎團的蘋果 A 系列應用處理器外,還有高通採用 Krait 架構的 Snapdragon S4 、未來的 800 與 600 系列,三星的 Exynos 5 以及 NVIDIA 的 Tegra 4 ,三家廠商也分別為了節能下了一番功夫,如高通獨家的 aSMP 、三星採用 ARM 標準的 big.Little 大小核,以及 NVIDIA 的 4-Plus-1 。

各家的技術各有不同,但目的只有一個,就是省電,跳轉開始簡介這三個節能技術。

aSMP :

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高通在單核心時代就為了省電,藉由大幅修改 ARM 的標準設計,僅採用同級底層提出 SMP 的動態時脈與電壓調整技術,當進入多核設計後,高通更進一步提出 advanced SMP 技術,簡稱 aSMP ,這套技術的邏輯是將各個核心視為一個獨立模組,透過專利的控管核心對每個核心進行時脈、電壓的管理,並且可讓核心進行休眠與睡眠。

這次發表的全新 600 與 800 系列應用處理器也是基於 aSMP 設計,在四核架構下,由於可獨立的管控各核心的時脈,甚至可在最低功耗下,達到其它技術為了功耗的獨立省電核心的耗電水準。不過 aSMP 也有其門檻,就是同等時脈效能會比起規劃在同一模組內的多核心略低,這是由於各核心的分配與管理較為複雜,導致效能會有所耗損。

雖然明知效能會有所耗損,且設計較為複雜,但為何高通會堅持 aSMP 設計?主要的關鍵還是在於高通的應用處理器過於複雜,不光只是基本的 CPU 、 GPU 、記憶體管理、 I/O 等,還包括電信基頻、 WiFi 、藍牙、 FM 、GPS 甚至音效,若如其它技術還需要另一組低功耗核心,會增加核心內部的複雜度,故高通選擇寧可放棄標準化的大小核,使用自主的 aSMP 。

big.Little :

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big.Little 大小核並非三星的專利,而是隸屬 ARM 的專利設計,這項技術是由於 ARM 除了 Cortex-A15 之外,還有推出低功耗但同時效能直逼 Cortex-A9 的 Cortex-A7 設計,而 big.Little 就是將多核 Cortex-A15 與多核 Cortex-A7 融合在一起,像三星的 Exynos 5 Octa 實質上就是四核 A-15 與四核 A7 的組合。

說穿了 big.Little 的組合若以目前 PC 市場的架構,有點近似於將四核的 Intel Core i5 與四核的低電壓賽揚置於同一套系統中,針對不同的使用情境切換這兩套模組。這套架構是為了 ARM 的 Cortex A 的多核設計當中,雖已經具備關閉核心的概念,但同一套模組中的核心電壓必須同步,故考慮到手持裝置待機或是低負載時需要更省電的設計,才採用同基礎的異質核心搭配。

在去年公佈 big.Little 的時候, ARM 當時的說法是 Cortex-A15 與 Cortex-A7 兩者是相互切換,還無法進行同時使用,而第二階段的 big.Little 則是能在高負載時,讓閒置的 Cortex-A7 模組分攤其它低負載的底層;不過昨天有一位讀者貼出 ARM 最新的架構白皮書的文字敘述部份,筆者試圖與 ARM 洽詢,得到的回答是 big.Little 的架構已經具備兩套模組並行運算的能力。

但大小核能夠進行並行運算,需要建立在兩個關鍵,其一是軟體與系統是否支援這樣的並行運算能力,其次是若並行運算後,系統的功耗與發熱會否超出預設的範圍?若兩項有一項無法達成,則 big.Little 架構現階段還是僅能兩組模組輪替使用。

不過由於此項技術並非三星專利,未來除三星外,也可能看到如華為採用的海思半導體、 ST-Ericsson 、聯發科等廠商的應用處理器採用這項節能專利。

4-Plus-1 :

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4-Plus-1 的原稱為 vSMP ,是由 NVIDIA 自 Tegra 3 之後提出的省電架構,當初 Tegra 3 採用的是一套四核心 Cortex-A9 模組搭配一顆低電壓的 Cortex-A9 構成,目前 Tegra 4 " Wayne " 僅強調為一套四核 Cortex-A15 搭配一顆省電核心,但並未揭露這次的省電核心設計。

4-Plus-1 推出的時空背景是當時 ARM 還未提出 big.Little 的概念,但礙於 Tegra 3 當時搶先導入四核架構加上僅以 40nm 投產,故需要一套能節能的方式,最終的結果與 big.Little 相當類似,也是全速靠高效能核心模組,一般與待機仰賴單一的小核心,就 Tegra 3 的設定,比較像是一套四核心的 Intel Core i5 搭配一顆低電壓的單核 Core i5 。

不過目前 Tegra 3 的 4-Plus-1 在 Android 系統當中,除了實現兩套模組根據負載進行切換外,低功耗核心還可用於觸控的控制等底層作業,雖還未達到兩模組並行運算的階段,但是已有分工的概念。

小結:

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以上三個架構雖然設計上有所不同,但最終的目的都是在有限的功耗下設法提供最高的效能並且延長設備的續航能力,不過省電的關鍵仍在於使用者的習慣,若經常性的使用需要高運算力的內容如遊戲或者是安裝了有問題的 app ,即便節能架構再先進也是無濟於事。

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