Big.LITTLE+Mali结合——低功耗的趋势

    伴随着人们对高性能移动设备的需求与日俱增，移动终端所需要的处理能力也以惊人的速度在增长，这一切都意味着我们需要更优秀的终端解决方案。

   然而，目前的移动终端大多都无法解决功耗和性能之间的平衡问题。

    低功耗、高性能始终是移动终端未来发展的方向，具备低功耗和高性能的芯片更是一种趋势，而目前ARM公司主推的big.LITTLE技术已经在逐步实现这一过程。

    1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。采用ARM技术知识产权（IP核）的微处理器，即我们通常所说的ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信。

    ARM公司通过出售芯片技术授权，建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的ARM公司6

    “自2006年以来，芯片在功耗上的需求并没有改变很多，但是整体性能大概提高的20倍。” ARM处理器部门高级产品经理Brian Jeff表示。

    早在2010年，ARM就开始寻找芯片之间的平衡问题，并在2011年底推出了big.LITTLE技术，重新定义传统功耗和性能关系的灵活的解决方案。

big.LITTLE

    我们首先来看看ARM推出的这项big.LITTLE技术，它最主要的核心就是将最高性能的CPU与最高效率的CPU结合到一个处理器的子系统中，实现不仅性能更高，能耗也更低的过程。

    通过big.LITTLE 处理，可根据性能要求，将软件工作分配到适当的CPU中，而这种软件负载平衡操作非常快，对于用户来说完全是无缝的过程。

    另外big.LITTLE processing 从性能要求出发，通过为每项任务选择最佳处理器，big.LITTLE 可以使处理器在处理低工作负载和后台任务时减少70%甚至更多的功耗，在处理中等强度工作负载时减少50%的功耗，同时仍能提供高性能内核的峰值性能。而重要的是，这一动态选择过程对于在处理器上运行的软件或中间件都完全适用无碍。

    目前实现的big.LITTLE系统中，一个“big”ARM Cortex™-A15 处理器和一个“LITTLE”Cortex™-A7 处理器组成一个系统，以节能的方式同时完成高强度和低强度任务。

    例如，可以利用Cortex-A15 处理器的高性能来承担繁重的工作负载，同时利用 Cortex-A7以最高效的方式处理智能手机的大部分工作负载。这些操作包括操作系统活动、用户界面和其他持续运行、始终连接的任务。

    另外big.LITTLE 的基本原则是处理器的体系结构要相同。Cortex-A15 和 Cortex-A7 都采用完整的 ARMv7A 体系结构，包括虚拟化和大物理地址扩展。因此，尽管性能不同，但所有的指令在 Cortex-A15 和 Cortex-A7 上都会以体系结构一致的方式执行。
　　

    需要说明的是，大多数厂商都看好这项技术，在支持这些技术的ARM合作伙伴中，包括博通、仁宝、飞思卡尔、海思、LG电子、Linaro、OK Labs、QNX、Redbend、Samsung、Sprint、ST-Ericsson和德州仪器，而这项big.LITTLE处理技术也已获多家国际移动芯片大厂采用。
　

    三星及联发科技是目前已经开始实施big.LITTLE计划的厂商之一，例如三星今年推出的新旗舰Galaxy S4所采用的Exynos 5410处理器就使用了这一方案，很好的平衡了性能和功耗问题（三Exynos 5410处理器使用安兔兔跑分可以达到32000到35000之间）。

    同时联发科也将在2013年下半年推出MT6592芯片，同样基于这项技术。而除此外，ARM Mali图形也将在下半年终端市场得到广泛应用。

    Brian Jeff表示："big.LITTLE技术以ARM在低功耗领域的领先地位为基础，为高效能且低功耗的处理器技术树立了新标准。在一般工作量下，big.LITTLE技术最多能减少70%处理器耗电量，让智能手机可以执行更多工作，同时延长使用时间。随着智能手机与平板电脑持续成为消费者的首要计算设备，我们的合作伙伴越来越看重ARM的创新技术，借以提高性能并满足顾客需求，提供时刻连网、永不断线的服务。"

    另外，在ARM架构已成为智能移动终端主流CPU架构的情况下，市场保持一定的竞争确有必要，MIPS的存在有助于产业保持活性和健康发展。
　　
然而MIPS的James Syu在国际集成电路研讨会暨展览会上对ARM进行了抨击：“ARM大小核（BigLittle）各自配备了一套资源，在很多情况下这种架构是对其所配置资源的一种浪费。”

    高通也附和，为大小核判断任务量一定要精确，否则，一旦分配不准，就会出现上面的尴尬情况。

    所以总的来说，虽然big.LITTLE技术能够很好的在低功耗领域起到作用，但是由于大小核的利用是通过内部算法进行计算，然后分配的，这就对实际的分配结果具有很高的要求，而且具有不可控性。

    由于目前使用的产品中使用该技术的并不是很多，其实际效果还不是非常明确。big.LITTLE真正的用途及效果还有待验证。

Mali

    “从各方面来看，尤其是在市场份额的成长，MaliGPU是比较明显的， 该系列产品目前的出货量，去年为1.52亿，相信今年的数字会突破3.5亿。” ARM多媒体处理器事业部市场营销副总裁Dennis Laudick表示。

    ARM公司宣布, 为各类商用到家用智能设备提供先进图形计算和用户使用体验的Mali 图形处理器技术获得了巨大成功。

    这一成长主要归功于涵盖了智能手机、平板电脑和数字电视(DTV)等产品的75个ARM Mali GPU授权。Mali GPU为各式激动人心的智能设备带来性能密度和先进图形计算间的最佳平衡，并率先提供市场前所未有的GPU计算支持。

    超过70%具有图像核心的数字电视采用了Mali GPU；超过50%的安卓平板电脑采用了Mali GPU；超过20%的安卓智能手机采用了Mali GPU。

    随着市场的不断扩展，设备种类亦趋繁多，从50美元的智能手机到650美元以上的高端设备都需要高性能、高功效的图形技术。通过使用Mali GPU技术，芯片供应商和原始设备制造商(OEMs)可提供诸如计算摄影，人脸检测以及具有逼真图像体验的游戏应用等丰富的用户体验。

    ARM所开发的Mali GPU可集成于同ARM Cortex-A系列处理器相同的系统级芯片(SoC)。2012年，从入门级智能手机至移动计算机，超过95%的Mali图形处理器产品与ARM Cortex-A系列处理器一起搭配出货。

    其实我们日常利用的很多应用，例如手势识别，图像处理等，类似这些应用，实际上是更适合于用GPU来处理的。

    那么如果将big.LITTLE与Mali GPU技术结合在一起使用，我们就会发现，通过big.LITTLE技术的方式来省电，另外合适的任务交给Mali GPU来做，这样的处理方式既能够实现低功耗，也能够提高处理器的效率。

    但是从另一个方面来看，big.LITTLE与Mali GPU结合之后，核的数量就会远远超出我们目前所使用的数量。实际效果就是，功耗降下来了，但是处理器所占的空间增加了，相应的成本也增加了。而且这两个技术实现结合在一起之后的实际效果还需要实际的产品来进行验证。

    “big.LITTLE，Mali GPU低功耗节能省电这样的技术，我们将会不断改进，为我们的合作伙伴带来最新的产品。” Brian Jeff表示。