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处理器史话 | 大小核(big.LITTLE)架构的前世今生

2016/12/30
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3. 大小核(big.LITTLE)架构
big.LITTLE 处理解决了当今行业面临的一个难题:如何创建既有高性能又有极佳节能效果的片上系统 (SoC) 以延长电池使用寿命。


big.LITTLE 将 ARM Cortex-A15 MPCore 处理器的性能与 Cortex-A7 处理器的节能效果结合在一起,使同一应用程序软件在二者之间无缝切换。通过为每个任务选择最佳处理器,big.LITTLE 可以使电池的使用寿命延长高达 70%。


big.LITTLE 结构示意图


big.LITTLE 处理的设计旨在为适当的作业分配恰当的处理器。Cortex-A15 处理器是目前已开发的性能最高的低功耗 ARM 处理器,而 Cortex-A7 处理器是目前已开发的最节能的 ARM 应用程序处理器。可以利用 Cortex-A15 处理器的性能来承担繁重的工作负载,而 Cortex-A7 可以最有效地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。


big.Little 系统中两个处理器之间高效无缝地切换工作负载是通过开发高级 ARM 系统 IP 实现的,这样可确保 Cortex-A15 和 Cortex-A7 处理器之间完全的高速缓存、I/O 的一致性。


那么,到底什么是 big.LITTLE,它又是如何进行工作的呢?


为此,ARM 专门录制了一个视频,深入浅出地做出解释,并用两个人来分别代表 big.LITTLE 架构中的“角色”,身材魁梧高大的男士是 big,身材娇小的是 LITTLE,感兴趣的读者可以观看这个视频,搜索关键字:“ARM+big.LITTLE”即可,下图为该视频的截图。


ARM 关于 big.LITTLE 解释的视频截图


当手机不需要工作时,big 核心和 LITTLE 核心都可以停下来休息。


“big.LITTLE 是一种节能省耗技术,最高性能的 ARM CPU 核心与最高效的 ARMCPU 核心相结合,可以以更低的功耗提供最好的工作性能,最快的处理任务速度。” ——ARM 解释道。

 

基于 big.LITTLE 技术的八核处理器,并没有将传统内核放在单一的处理器上,而是一分为二,其中一个使用了 4 个“小核心”,另一个则使用了 4 个“大核心”,这两个“核心”都有着自己独立的速度和性能。通过两大核心自主运行,搭载 big.LITTLE 技术的处理器比之前的手机 CPU 更加高效,毕竟后者只有一个或者两个内核。

当需要用智能手机打开一个网页时,手机就可以用一个大的内核来处理该任务,而小的内核则同时处理其他小任务,比如查看电子邮件、拨打电话等。


big.LITTLE 软件与平台能够节省 75%的 CPU 功耗,同时在线程负载方面提升 40%的性能。根据任务所需的性能,big.LITTLE 软件和 big.LITTLE MP 自动和无缝的将工作负载转至适合的 CPU 核心进行任务处理。ARM big.LITTLE 技术同时兼顾了最佳性能和最低功耗,减少手机的电量消耗。

智能手机与平板电脑对性能的要求越来越高,与此同时,电池的技术发展缓慢。人们希望手机或平板电脑有足够高的性能,处理任务的速度足够快,同时又希望设备电池续航更长一些。传统的处理器技术已经无法满足用户的这种需求,因此,ARM 不得不设计出创新的 big.LITTLE 大小架构。


big.LITTLE 是 ARM 的诸多电力系统管理技术之一,它与动态电压和频率调节(DVFS)、时钟门控以及温度管理协调工作,全面控制着片上处理器的功耗。2015 年最佳智能手机阵容处理器均基于 ARM 的 big.LITTLE 架构,采用该架构处理器的手机工作速度更快更高效。三星 Galaxy S6、HTC M9、LG G4 等手机均采用基于 big.LITTLE 的处理器。实际上,在 ARM 提出大小核之前,nVIDIA 的 Tegra 3 已经有这个意思了。

Tegra 3 包括四个高性能的 A9 核心(相当于大核心),和一个性能较低的,采用低功耗设计的 A9 伴核(小核)。当然那时候的设计还没有 big.LITTLE 完善,也没有特殊设计的缓存一致性互联,切换的时间也较长,达到了 ms 级别。

与非网原创内容,谢绝转载!

系列汇总:

之一:第一款处理器之谜

之二:处理器的春秋战国时代:8 位处理器的恩怨与纷争(上)

之三:处理器的春秋战国时代:8 位处理器的恩怨与纷争(下)

之四:处理器的三国时代:苹果搅动 MCU 江湖

之五:处理器的三国时代:DR 公司盛气凌人,IBM 转身成就微软

之六:32 位处理器的攻“芯”计:英特尔如何称霸 PC 江湖?

之七:AMD 称霸 PC 处理器市场的“昙花一现”

之八:CPU 两大阵营对擂,X86 构架让英特尔如日中天

之九:你知道 X86 构架,你知道 SH 构架吗?

之十:SuperH 系列处理器:昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”

之十一:MIPS 构架:曾经是英特尔的“眼中钉”

之十二:MIPS 构架之:我和龙芯有个约会

之十三:ARM 架构:有处理器之处,皆有 ARM

之十四:ARM 和英特尔还有一场“硬仗”要打!

之十五:PowerPC 架构:IBM 的一座金矿

之十六:PowerPC 和它的“前辈们”:曾经那么风华绝代

之十七:PowerPC 和它的“前辈们”:一代更比一代强

十八:当 Power 架构的发展之路遭遇“滑铁卢”

之十九:开启多核时代的 Yonah:它是英特尔酷睿 core 的开发代号

之二十:除了 Core iX 系列,你未曾注意的架构还有这些!

之二十一:处理器厂商的绝密武器之工艺之争

之二十二:CPU 的主频、倍频、超频,不是频率越高速度就越快

之二十三:这张漫画告诉你,为什么双核 CPU 能打败四核 CPU?

之二十四:核”与“线程”对 CPU 工作效率的贡献,各有千秋

之二十五:英特尔和 AMD 在“核战场”上的殊死搏斗

之二十六:多核 MCU 的出路在哪里?

之二十七:多核异构新方向,ARM 与 Intel 在手持设备市场的“厮杀”

之二十八:大小核的发展:大四核?小四核?这款 CPU 到底是几个核?

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电子产业图谱

1996毕业于华东理工大学自控系,同年7月进入某大型国企担任电气员。2000年转行从事硬件研发相关工作;后从事RFID相关产品的研发、设计,曾参与中国自动识别协会RFID行业标准的起草;历任硬件工程师、主管设计师、项目经理、部门经理;2012年至今,就职于沈阳工学院,担任电子信息工程专业教师,研究方向:自动识别技术。已经出版教材《自动识别技术概论》,职场故事《51的蜕变 》。