big.LITTLE技术锐减智能手机CPU耗电量

当前，随着运营商移动网络接入速率的不断提高以及智能终端价格的不断下降，移动智能终端得到普及。但是，移动智能终端用户普遍反应终端续航能力短，大大降低了使用体验。

智能手机的电池耐久性之所以成为一个问题是因为与传统手机相比，前者的耗电量显著增加。智能手机用户大多采用4英寸以上的大尺寸显示屏，以便浏览数据量较多、用于个人电脑的Web网站。而且，随着智能手机的各项功能越来越便利，用户操作的时间也越来越长。

传统手机的充电电池容量在800mAh左右，由于显示屏的大屏幕化，智能手机的电池容量已经增至1500mAh左右。尽管如此，用户仍感觉“电池不经用”。即使将现有的电池容量增加近两倍，也无法满足普通智能手机用户一天消耗的电量（图1）。

手机厂商和部件厂商开始意识到电池耐久性会成为移动智能终端的一个大问题，正在从CPU、屏幕等多个角度彻底削减电力的浪费。近日，英国ARM公司为削减智能手机及平板终端等CPU耗电量而推出了“big.LITTLE技术”。该技术可应用于终端的处理负荷，使用微架构各异的CPU内核群（群集），从而兼顾CPU的低耗电量和高性能。据悉，该技术有望2013年前后实现应用，是切换不同微架构CPU内核的典型方法。

可降低CPU耗电量70％以上

ARM公司发布的“big.LITTLE”技术可以切换使用相同指令集架构CPU内核群，混合使用为提高最高性能而开发的A15内核，以及为优先提高电力效率而开发的A7内核，兼顾了负荷较小时的低电力运行和负荷较大时的高性能运行。两种内核在寄存器范围等方面存在差异，不过这种差异可以利用二者配备的虚拟支援能力解决。

“在同一枚裸片上混载制造工艺各异的电路可能会增加掩模费用。将来采用阈值较少的big.LITTLE的厂商应该会增加。”某半导体厂商的技术人员表示。

从原理上来说，只要是指令集架构相同的CPU内核均可适用big.LITTLE技术，目前可使用的是A15和A7的组合。big.LITTLE技术是可以切换使用指令集兼容的A15内核群和A7内核群的技术。具体应用时候，处理负荷较低时利用电力效率较高的A7内核群，负荷较高时利用单位频率的处理性能较高的A15内核（图2）。

据ARM介绍，当CPU的不同工作频率的利用状况为以下情况时，通过利用big.LITTLE技术，可将CPU的耗电量削减70％以上。此时，A15的利用时间占12％，A7为88％。

目前以Task Migration型为主

big.LITTLE技术有切换使用A15内核和A7内核的“Task Migration”模式，以及同时运行A15内核和A7内核的“MP”（multiprocessing）模式。MP模式需要扩展OS的调度器（Scheduler），ARM公司正面向big.LITLLE的实用化时间进行开发。

Task Migration型是开篇提到的利用方法，是以前就存在的DVFS的扩展方法。当处理负荷降低到一定水平时，就可切换为A7。同时运行的只有A15或A7其中一方的群集。

MP型会相应于每项任务的负荷，由OS调度器判断并决定是由A15还是A7来执行任务。如果没有需要高处理性能的任务，就会关闭未分配到任务的内核电源。

ARM公司项目管理部处理器事业部董事John Goodacre表示，big.LITTLE技术目前主要以Task Migration型的利用模式为主。这是因为MP型应用需要大幅修正OS调度器等，支持SMP的OS一般会均等利用多个内核，不具备电力效率各异的异构群集这一概念。因此目前先采用Task Migration型。

未来考虑开发混合模式

最初，Task Migration型为群集间的切换及内核间的硬件差异吸收，而采用了虚拟化技术，不过，“只是在Task Migration型的原型中沿用了虚拟化技术，实际产品中虚拟化技术的采用不是必需的”，John Goodacre表示。

另外，John Goodacre还表示，big.LITTLE技术除了上述两种利用方式之外，还在探讨可谓是二者混合版的以Linaro等为主的第三种利用模式。

混合化得以推进的背景在于，CPU内核在处理器上所占的面积比例减小。在目前的双核产品中，CPU内核的面积只占整体的1～2成。今后，如果电路面积也随着半导体的进一步微细化而出现充裕空间，GPU内核等其他电路也有望采用混合构造。

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