ARM big.LITTLE系統技術應用

　　圖5的性能測評是由Cortex-A15與Cortex-A7中央處理器集群各自獨立運轉。測試芯片的Cortex-A15最高頻率達1.2GHz，Cortex-A7則為1GHz。性能測評結果顯示，雖然測試芯片上的內存系統，其性能不如big.LITTLE 系統級芯片量產后的預測水平，Cortex-A15與Cortex-A7中央處理器的性能仍落在預期范圍內。根據各個核心獨立運轉所得結果，我們對平臺測量big.LITTLE性能的準確度深具信心。測試芯片平臺軟件包含基本的Linux核心，還采用了中央處理器轉移軟件與big.LITTLE MP修正程序組，以測試中央處理器轉移或big.LITTLE MP模式。

　　而用來測試big.LITTLE性能的任務量，主要基于Android Cream Sandwich系統，通過網頁進行網絡瀏覽器性能循環，背景則有音效播放。在這個使用實例中，是以相當密集的工作量搭配對性能需求不高的背景活動。網絡瀏覽器每2秒便進行網頁循環，每頁卷動達500像素，因此對系統性能需求相對較高。為了在進行性能測試的同時測量性能與能耗，首先必須建立性能與能耗的基線。而這個基線則搭配獨立運作的Cortex-A15集群進行測量。

　　值得一提的是，這組結論屬于較早期的測試結果;用來測試的第一版big.LITTLE MP修正程序組，將Linux排程程序從一個完整而平衡的排程模式調整成big.LITTLE模式。我們預期軟件修正后性能與能耗將會改善，也會尋找其他可調校的元素。另外 ，測試芯片缺少繪圖處理器;這將使得中央處理器的負載高于搭載繪圖處理器的系統在卸除狀態下的負載水平，而在中央處理器負載較低的狀況下，可能會較常使用LITTLE核心，進而達到節能目的。它包含一套基本的電壓及頻率操作點(DVFS)，但沒有對單處理器核心做獨立的電源開關設計，因此big.LITTLE系統單芯片量產后測試結果有望提升。舉例來說，后臺任務的性能便可節省超過70%的能耗。

　　如何選擇big.LITTLE軟件模式

　　各界最常見的疑問就是：“應該選擇哪一種軟件模式?”目前主要是在中央處理器轉移與big.LITTLE MP之間選擇一種，而兩種方式各有優劣勢。在中央處理器轉移方面，由于big以及LITTLE核心處于搭配成對的狀態，因此對稱式的拓撲能順暢運作。而big及LITTLE核心數量不同的非對稱式拓撲則需要額外運作。由于Cortex-A7中央處理器核心體積較小，因此可使用4個LITTLE核心加上1到2個big核心，這種作法可能會具有吸引力。從正面的角度來看，中央處理器轉移讓電源及性能的調校更為容易，可重復利用既有的操作系統電源管理程序代碼，代表產品將有多年的研發及測試結果作為支持。加上不必調整核心的排程程序，范圍比執行big.LITTLE MP模式更為簡化, 而軟件模式也正日趨成熟。整體而言，中央處理器轉移是一種極佳的解決方案，2013上半年后可望進入量產，并持續為尚未完成big.LITTLE MP模式升級準備的系統提供可行的轉移模式解決方案。

　　big.LITTLE MP具有多項技術上的優勢，雖然技術尚未完全成熟，但目前正處于進階研發階段，測試結果如本文所示相當不錯。由于支持非對稱式拓撲為標準配備，因此無需調整軟件，big.LITTLE MP技術便能利用系統中所有核心。它在性能與能耗方面優點更多。舉例來說，它能同步利用所有核心以提升性能，或將big與LITTLE核心上的DVFS設定與排程程序設定調成不同狀態以節省更多能耗。因為需要增加調校的動作，才能從big.LITTLE MP平臺獲取完整的性能及能耗優勢，所以彈性提升仍有其代價。這與過去數年來由硅組件以及代工廠商將操作系統能源管理設定以及DVFS參數數據，并依據裝置需求轉化為移動系統級芯片平臺的主流做法并無太大差異。big.LITTLE MP 模式將轉移模式延伸并納入新的參數數據，不僅更為節能，更能為經過性能優化的big核心增加系統響應度。

　　big.LITTLE MP模式正快速成熟，雖然尚未成為主流技術，但目前這項技術已可接受合作伙伴整合，并有望在2013下半年打入上游。所幸支持big.LITTLE MP并不需要改變硬件，因此晶圓廠可能會部署具有中央處理器轉移的平臺，針對部署平臺進行核心更新并升級至big.LITTLE MP模式，或建設現有的big.LITTLE平臺以便在2013年后半年直接取得big.LITTLE MP 軟件轉移模式。

　　雖然big.LITTLE MP模式尚未進入量產，但如文中測試結果，我們可以看到相關軟件已開始運作，并已開始在硅組件廠研發平臺端進行測試。big.LITTLE MP軟件已用于我們的測試系統，目前正積極進行軟件強化，并針對各種實際應用將系統性能調校至最佳效果。

　　有部分的可調校因素已在應用中，包括排程程序的負載平衡策略、上下移轉點以及線程優先順序，ARM與芯片設計合作伙伴將持續就上述領域進行系統調校。

　　新一代big.LITTLE硬件

　　Cortex-A15與Cortex-A7核心代表第一代的big.LITTLE硬件。ARM已發布兩款具有big.LITTLE處理性能的新型中央處理器核心，即Cortex-A57以及Cortex-A53處理器。Cortex-A57處理器是經過性能優化的big核心，每頻率周期的性能可增加25%，頻率性能也更為提高，效率則略高于Cortex-A15處理器。Cortex-A53處理器為LITTLE核心，每頻率周期的性能可增加40%，能源效率則大約于Cortex-A7處理器相同。

　　這些新的處理器核心在架構上都完全相同，并支持ARMv8架構，因此能導入全新的NEON技術與浮點功能、加密加速并支持64位架構。除了AMBA4 ACE，兩種核心也都支持新一代高速緩存一致總線架構，且與現有的ARMv7中央處理器核心相同，能在AArch32模式下執行既有程序代碼。支持64位及額外一般用途緩存器的應用方式效率更高，且能耗增加不多。同時，微架構也經過強化，以增加各核心在每個指令頻率周期中的傳輸量。這些新款核心在經過軟件細節升級并支持64位尋址模式后，將會與Cortex-A15以及Cortex-A7處理器一樣支持big.LITTLE技術。

　　結論

　　big.LITTLE系統為能耗及性能控制點的極度寬動態(wide dynamic range)開啟了大門。這是僅由單一類型處理器組成的產品所無法達到的。目前市面上設備的工作量往往混雜了需求程度高低不同的線程，這種寬動態便可為其提供完美的執行環境。由于日后Cortex-A7將成為平臺主力，這一系統另一個優點即能夠打造基于Cortex-A7的高度節能產品。