ARM : 考慮功耗與效能平衡點,四核架構仍為手機現階段極限

2013.05.06 03:09PM
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是ARM : 考慮功耗與效能平衡點,四核架構仍為手機現階段極限這篇文章的首圖

ARM 在上周末舉辦一場小型的媒體聚會,有媒體發問到目前智慧手機的多核架構仍以 4 核為上限(注:即便如大小核 big.Little 也是 4+4 雙群組切換,並無法 8 核同時執行。),未來有否可能超過此限制, ARM 的回答是除了目前 ARM 的多核設計仍以最高 4 核心之外,多核架構理論再超過 4 核後對於能耗與效能提昇並不理想,故 4 核短期仍是手機極限。

補充:未來軟體支援成熟後,大小核架構是可允許兩個群組同時執行同一任務,但現階段軟體支援仍未完善。

而上週最主要的是針對近期手機市場作趨勢預測的分享

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ARM 提出對四個方面的趨勢推測;高階手機方面,大小核技術將會是接下來的主流架構,而 2.5K 解析度的顯示支援也將是高階手機的新戰場,另外透過 GPU 的協同運算也會為高階手機帶來更多的應用。至於主流與接入門級手機方面,今年開始單核將會漸漸淡出市場,雙核甚至四核是接下來的主流,但不見得是採用最新的 Cortex-A15 ,而是以 Cortex-A9 、 Cortex-A7 為主。

此外,市場也在尋找智慧手機系統的第三勢力,目前光 Android 與 iOS 就拿下智慧手機 80% 市場,但許多廠商並不願意受制於 Google ,故第三大系統的出現成為新的議題,目前包括瞄準中高階市場的微軟 Windows Phone 、入門市場講求低硬體需求的 Firefox OS ,還有大陸基於 Ubuntu 的 China OS 都虎視眈眈。

最後是無線技術的再進化,預估將於這一兩年內 LTE 市占率會持續擴大,故市場對於 LTE 基頻技術的需求會增加;另外自 802.11ac 開始, WiFi 技術將跨入 Gb 級傳輸速度,除了帶給手機更高頻寬外, WiFi 晶片的資料管理也需要更強的運算能力;其它無線技術則包括藍牙 4.0 與 4.0LE 漸漸導入手機,還有 NFC 的市場也將大量成長。

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關於 big.Little 大小核技術,筆者有兩篇文章談論過該架構的特性,故有興趣可參閱:技術版簡單易懂版。說穿了導入大小核就是為了提高功耗效能比,根據 ARM 的統計,一般使用者使用智慧手機約有 70% 的時間負載相當低,然而 Cortex-A15 是針對高效能運算而來,故在這 70% 的應用使用省電的 Cortex-A7 ,可達到效能能耗的均衡。

雖然說導入大小核架構並無法與純 Cortex-A7 一樣省電,但在 ARM 所揭露的資訊當中,以都採用 4 核心架構下(大小核為 4+4 )模擬一般使用環境,若把 Cortex-A7 的效能與功耗皆視為 1 ,而單純使用 Cortex-A15 的情形下,雖有高達 2.5 倍的運算力,但能耗也一舉提昇近 4 倍,但若使用大小核,效能也同樣是 2.5 倍,但功耗卻僅需提昇 2 倍。

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雖然大小核架構並未能把功耗控制在與純 Cortex-A7 相當,但仍能在提昇效能之餘,使用較低的功耗達到同等效能,是大小核在新一代手機當中最大的價值。 ARM 也預期,大小核將會成為接下來許多合作夥伴的主力技術,甚至在 2014 年就可能普及到中階手機的晶片當中。

而且大小核是個高度自由化的架構,廠商可按照效能的需求配置不同的方案,例如三星的 Exynos 5 Octa 採用 4+4 架構,但也允許一大四小的 1+4 設計,或是兩大兩小的 2+2 設計;且大小核架構不僅在手機獲得親睞,包括伺服器、機上盒、數位電視的晶片設計商也注意到此架構在電子產品待機狀態下提供優秀的功耗管理能力。

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至於過去被視為高效能運算級的 GPU 協同運算也漸漸在手機萌芽,也因此 GPU 的效能也會在智慧手機日益受到重視;例如 iPhone 5 的 Apple A6 應用處理器,晶圓上 PowerVR GPU 面積就遠大於 CPU 所佔的面積,除了用於遊戲效能與影像顯示,目前也在相機攝影功能被大量利用。

GPU 在手機上可作到單張照片之即時 HDR 曝光渲染,拍照時的人像、物體辨識,物體追焦,以及如影像編碼運算輔助、 AR 擴增實境應用等;許多的 GPU 協同應用已經被手機廠商與系統商加入支援,購買新一代中高階手機的消費者其實早就在享受 GPU 平行運算帶來的好處而不自知。

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對於 ARM 的市場份額而言,手機硬體晶片市場幾乎被 ARM 囊括,而且在智慧手機當中,會使用基於 ARM 架構的晶片至少 3-5 顆,而且許多晶片當中使用到的架構並不只一種;除了應用處理器內的 Cortex-A 、 Mali GPU 之外,包括電信基頻管理晶片,無線網通管理, I/O 管理,觸控管理等等,還會使用 ARM 的 Cortex-R 即時運算核心與 Cortex-M 工控核心架構。

而原本用於即時性的高效能管理用的 Cortex-R 核心,未來在手機內的晶片當中的重要性也會越來越高,尤其在需要管理大量數據頻寬流量且需要越來越短的反應時間的無線技術,例如 LTE 以及 802.11ac 等技術,皆是帶動 Cortex-R 架構於手機用的無線晶片需求的動力。

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