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        滿足多媒體應用需求,便攜電子風行多處理器架構

        作者: 時間:2009-12-14 來源:DigiTimes 收藏

          兼具效能、節能要求的異質核心設計

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/101144.htm

          相對的,若要達到多線程的最佳化設計,其實多重處理器的系統將是一大關鍵。多重處理器的實踐方式,有分同質多核心(homogenous multi-core)與異質多核心(heterogeneous multi-core)兩類,同質多核心是將數個相同的核心整合到單一晶片中,而異質多核心則是將不同設計的核心整合在單一晶片裡,理論上,兩種設置,都不影響其功能,但在表現特性上卻有顯著的差異。

          以同質多核心為例,若因多線程處理出問題,可以關閉部分核心,讓單一核心繼續完成工作任務,但若是異質核心,則是將不同工作負荷分散到各重點核心進行處理,因為該核心為針對該項特殊任務的最佳化,在處理效能、功耗將會達到最佳化表現,異質核心的代表就如同德州儀器的OMAP,OMAP為通用處理器 (General-Purpose Preprocessor:GPP)、數位訊號處理器(Digital signal processing:DSP)與幾個加速器架構而成,另還有搭配特殊目的的處理核心、加密運算的處理核心不同架構設計。

          但若從效率角度檢視,異質核心處理器相較PC或伺服器應用而言,更適合用于運算資源相對較少的行動裝置平臺,例如,針對加密需求所設置的核心,或是針對特殊數位信號處理的核心,其若採取一般運算用途的核心完成運算,所耗費的時間將是DSP或HSP的10~20倍,而這類特定用途的核心,隨時沒有使用都可以指定關閉其功能,節省整體晶片的功耗。

          多數高階設計中,為了提升GPP的運算效能,導入多核心設計是熱門的選項,例如,以雙處理器SMP再搭配ARM處理器的協同運作方式,對于智慧型手機的一般運算而言其效能提升會是相當明顯的效果,當使用者運算需求較高,可同時用雙處理器全速運行,若需求僅為一般應用,則可減少一個核心,採單核心運作,而ARM的角色則為控制核心工作分配與喚醒核心、關閉核心的進階任務仲裁角色。

          異質多核心的架構設計挑戰

          多核心系統程式必須直接面對許多難解議題,例如包括演算任務、處理資源管理、通訊服務、資料同步...等,多核心所架構的嵌入式系統可能已經不能再僅以單一作業系統來進行系統架構,可能必須有一個以上的系統針對專精領域協同運作,為系統提供上述的多項運算服務。而異質多核心系統,在多組核心的運用,也會用到RTOS的多作業系統資源,此狀況就會產生無法由單組作業系統管理嵌入式裝置的相關資源,這個狀況尤其會在運用如DSP之類的專用處理核心后,態勢進一步惡化!因為在異質核心架構中,DSP這類硬體加速器不會去執行任何樣式的作業系統,卻又得與各個不同核心的多作業系統處理程序交互應用,運算與協同複雜度將大幅提升。

          常見的開發模式,可以建構針對叢集內運算、除錯、資源、通訊、等不同目的的溝通標準,如叢集內通訊而制訂的通訊(TIPC)、多核心除錯機制、資源管理應用程式介面(RAPI)、通訊應用程式介面(CAPI)。RAPI的應用目標是為針對多線程運算資源的管理與同步,提供標準化API介面。CAPI則是一個API規格,目的在處理嵌入式系統的訊息傳遞與同步需求。此外,多核心的系統平臺,除運算效能的增加與功耗問題的相關挑戰外,其實多核心系統設計人員所面臨挑戰還有如何分割程式碼等問題要解決,并非換了硬體整體設計就全面提升。


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