ARM的未來低功耗系統設計發展之路

在DAC計劃的異構多核系統小組討論中，ARM的Carl Wilton介紹了公司的宏體系結構計劃，降低高性能系統的系統功耗：大-小計算。

大-小方法(圖3)是一種多核體系結構形式，內核有相同的指令集，幾乎相同的狀態寄存器，但是有完全不同的功耗性能特性。在目前的實現中，這意味著高性能ARM Cortex A15內核簇，并配上高效的A7內核簇，都通過ARM連貫的互聯架構進行連接。

A-15具有連續的三路前端，可無序執行，還具有深達24級的流水線，能夠提供服務器級的執行速率。高速緩存結構為其提供支持，用于為不斷出現的新指令提供服務。因此，運行在A-15上的任務會執行得非常快。相比較而言，A-7是雙路、按序，相對簡單的內核，具有較淺的8-10級流水線。A-7執行速度較慢，但是每次操作的能耗不到一半。

這里的想法是，僅在需求較高時使用A15內核，其他時間對其進行電源選通：Muller的快速運行和關斷的觀點。不需要A15速率的任務可以運行在A7 CPU上，可以使用DVFS來減小每次任務時的能耗。結果是，系統能夠支持性能很高的突發，低功耗工作的時間很長，甚至是SoC采用了高泄漏工藝制造的情況。

管理大-小系統的一種方法是使用靜態任務分配，把任務分成峰值性能和高能效兩部分，相應的把任務分配給CPU。另一方法是通過功耗預知可視化層來控制系統。這一管理程序會認為所有內核功能等價，這些內核工作后，完全根據性能需求，把線程分配給CPU，以滿足線程的性能要求，實現最佳總能耗。這種設計會在管理程序和移動任務上消耗額外的能量，但是，能夠動態響應環境的變化，或者使用模型的變化。

ARM的IP，您的難題

除了電路級極低電壓工作方法，以及系統級降低每次任務的能耗方法，ARM還建議了一種寬范圍執行選擇。但是，CPU并不是系統解決方案。對于系統設計人員，ARM的IP仍然是難度很大的任務。

在超低能耗方面，系統設計人員的難題是規劃工作，近閾值或者亞閾值工作的khz時鐘應能滿足計算的最低要求。在大-小系統中，對系統建模，使用模式就可以知道每一任務的實際性能，而這是一個主要的問題。而第二個難題是，怎樣找到一種方法將信息隨時傳遞給任務管理程序。

ARM的方向是同時擴展性能功耗曲線的低端，提供一種方法在更長的曲線上拉伸系統。但是，具體實現仍然是系統設計人員的任務。