ARM工程师详解大小核 处理器核心无缝切换

　　大小核(big.LITTLE)晶片设计架构正快速崛起。在安谋国际(ARM)力推下，处理器业者已开始大量导入big.LITTLE设计架构，期将不同运算任务分配到最合适的核心处理，藉此发挥最佳效能与节能效果，助力行动装置制造商打造更吸睛的产品。

　　big.LITTLE晶片设计架构将快速崛起。ARM与全球IC设计业者正积极合作推广big.LITTLE技术，预期今年下半年将有大量基于此架构的行动处理器问世；其透过将各种运算任务分配到最合适的核心做处理，藉此发挥最佳效能与节能效果，有助打造下世代行动装置。

　　近年行动领域出现重大变革，智慧型手机已成为消费者联网生活的主要工具，然而，这其中涉及各种高效能运算任务如高速网页浏览、导航与游戏，以及语音通话、社群网路和电子邮件服务等效能需求较低的“持续运作，永远连线”后台任务。

　　与此同时，平板装置也正重新定义运算平台，这些创新设计转变均为消费者打造与内容互动的全新方式，将原本只限于网路共享装置(Tethered Device)的功能导入行动领域，创造出真正的智慧型新世代运算。

　　兼顾晶片效能与功耗　big.LITTLE架构崛起

　　因应电子装置快速变革，半导体摩尔定律(Moore's Law)又将如何往下发展？过去预测晶片效能每隔18个月就会倍增，直到电晶体数量从数千增加到数十亿个，但若仔细观察单一处理器，就会发现效能几乎停滞不前，这是因为系统能消耗的电量已达到高峰。

　　对于未来任何一种处理器，处理速度都将受限于散热问题而无法大幅跃进。任何装置一旦达到热障(Thermal Barrier)就会开始融化，如果是行动电话，便会使装置温度上升造成使用者不适。除物理层面的散热问题外，能源效率也会变得相当差，若调校处理器实作使其速度加快，则所需耗能便会倍数增长，而为增加最后这一丁点的效能，后续导热设计的成本真的很高。

　　在过去，处理器核心面积倍增代表速度倍增，但是现在面积倍增，速度却只增加几个百分点，因此复杂度并不代表有效率，这就是单一核心系统有所限制的原因之一。如果无法加快单一核心速度，就必须增加独立核心的数量，这也有助于每个核心去应对其被分配到的任务需求，有鉴于此，安谋国际(ARM)遂于2012年提出big.LITTLE处理器架构(图1)。

图1 big.LITTLE系统结构示意图