Особенности платформы ARM DynamIQ

процессор
Новичкам Продвинутым
Автор: Александр Мойсеенко 16.01.2018

Компания ARM разработала новую платформу для построения процессоров – DynamIQ. Какие новшества стоит ожидать в обозримом будущем и как это повлияет на возможности грядущих Android устройств, выясним в данной статье.

Предисловие

Процессоры в мобильных платформах построены на архитектуре ARM Cortex-A и содержат два типа ядер: экономичные и производительные. К первым относятся ядра А7, А35, А53 и А55. Такие ядра характеризуются невысоким потреблением энергии и соответствующим уровнем быстродействия. К производительным относятся ядра А9, А15, А57, А72, А73 и А75. Это мощные, но менее энергоэффективные ядра.

Первые Android смартфоны конструировались на базе одного из двух типов ядер. Поэтому на рынке присутствовали или мощные устройства с малым временем работы, либо менее производительные с длительной автономностью.

В 2011 году ARM представила архитектуру big.LITTLE, направленную на улучшение производительности при одновременном снижении потребления энергии. Суть заключалась в объединении двух типов ядер в разных блоках – производительных (big) и экономичных (LITTLE), а так же разделение задач по типу нагрузки. К примеру, когда устройство выполняет простые задачи, вроде просмотра картинок или прослушивание музыки, используется экономичный блок ядер. При запуске игры или ресурсоемкого приложения – производительный кластер.

По сути, в ARM совместили два вычислительных процессора, которые работали поочередно в соответствии с заданной нагрузкой, что позволило компенсировать недостатки обоих типов ядер. Переключение кластеров занимало 20 мкс, поэтому пользователь не в состоянии определить, когда и какой кластер задействован. Поэтому первые чипы с архитектурой big.LITTLE и ядрами A7/А15, сложно было назвать 8-ядерным, так как одновременно работал только один кластер ядер.

Современные мобильные платформы позволяют одновременно задействовать все ядра, которые находятся в двух или трех кластерах. Даже если ядра разработаны на одной архитектуре, например Cortex-A53, как в Snapdragon 615. В таком случае экономия достигается за счет уменьшения частоты одного блока. В таком случае, обработкой «тяжелых» процессов занимается кластер с большей частотой, тогда как кластер с меньшей частотой бездействует или обрабатывает менее требовательные задачи.

Стоит отметить, что архитектура big.LITTLE содержит некоторые ограничения. Например, количество ядер в кластере не может превышать четыре штуки. А число в блоках четное: 4+4, 4+2 или 2+2.

Особенности и возможности DynamIQ

DynamIQ – дальнейшее развитие big.LITTLE, но разработанное с чистого листа. Как отмечают представители компании ARM, это основательный сдвиг в многоядерной отрасли, что станет основой для построения будущих мобильных устройств, облачных и серверных систем, в умных домах, автомобилях и т.д. Новая архитектура предлагает совершенно новый дизайн построения мобильных платформ, что позволяет реализовать ранее недоступные возможности.

процессор 1

Одновременное количество ядер в кластере выросло с 4 до 8. Поэтому для создания типичного 8-ядерного процессора, не требуется использование двух блоков, достаточно и одного. Это несет некоторые преимущества с точки зрения производительности и сбережения энергии.

Если раньше кластер состоял из ядер одного типа, то DynamIQ позволяет совмещать производительные и экономичные ядра. Причем разнообразие конфигураций не ограничивается привычными схемами 2+4 или 4+4, доступны вариации 1+7, 2+6, 1+3 и т.д. Наличие одного или нескольких производительных ядер в паре с 2-7 экономичными ядрами, положительно отразится на общей мощности SoC бюджетного или среднего уровня.

процессор 2

Улучшения так же коснулись подсистемы питания, где каждое ядро располагает отдельной линией. Причем с индивидуальным значением напряжения и частоты. Другие блоки SoC так же в состоянии питаться по отдельной линии. А в сочетании с повышением пропускной способности, это положительно отразится на производительности и энергопотреблении. Поскольку питание подается не на блок, а на конкретное ядро. В итоге неактивные ядра отключаются, а не простаивают, как в традиционной вариации big.LITTLE.

Ещё одна важная реализация – внедрение кэш памяти 3-го уровня, объемом до 4 Мб. Кэш L3 распределен между всеми ядрами, что позволяет обрабатывать некоторые важные процессы, без обращения к медленной оперативной или флеш памяти. Это повысит производительность, в частности экономичных ядер, чувствительных к задержке памяти.

процессор 3

Искусственный интеллект, машинное обучение и настольная версия ОС

Развитие ИИ или машинного обучения, в смартфонах или планшетах, долгие годы сдерживала необходимость высоких вычислительных возможностей. С DynamIQ под силу решить эту проблему, так как доступно конструирование производительных и одновременно энергоэффективных платформ. Ожидается рост производительности ИИ до 50 раз, за 3-5 лет. В большей мере этому способствует расположение 8 ядер в кластере. А с ростом блоков, существенно растет производительность, в сравнении с традиционной архитектурой big.LITTLE.

Максимальное напряжение на ядро вырастит до 2 Вт. Это позволит использовать мобильные платформы для работы настольных версий операционных систем, включая Android.

Недостатки DynamIQ

В ядрах DynamIQ используется архитектура ARMAv8.2, которую пока поддерживают только Cortex-A75 и Cortex-A55. Причем для полноценной работы, важно, что бы оба типа ядер понимали тот же набор команд. Поэтому сопряжение со старыми типами ядер: А73, А72, А57 или А53 – не представляется возможным.

Для некоторых лицензиатов компании ARM такое нововведение несет не благоприятные последствия и ставит в жесткие рамки выбора: лицензирования архитектуры или использование платформы ARM Cortex Technology.

В первом случае доступ к DynamIQ для лицензиата закрыт. Поскольку архитектурный лицензиат не получает ресурсы для проектирования процессора, а только право на проектирование ЦП с совместимым набором команд ARM. Ярким примером служит компания Samsung, которая использует архитектурную лицензию для разработки ядер М1 и М2 для SoC Exynos. Поэтому что бы придерживаться прежнего курса, придется разработать собственное решение, аналогичное DynamIQ.

Другое дело использование платформы целиком – ARM Cortex Technology. Это позволит воспользоваться всеми преимуществами DynamIQ, в сочетании с современными ядрами A75/A55 и сохранить название бренда ядер. Такой подход выгоден для Qualcomm, где так и поступают с последними поколениями флагманских процессоров – берут готовые ядра и переименовывают для сохранения бренда.

Стоит отметить, что создание архитектуры по типу DynamIQ потребует больших затрат на разработку. При этом это позволит расширить возможности и потенциал, в сравнении с готовой архитектурой ARM.

Вывод

Архитектура DynamIQ пока только представлена и нет точных планов дальнейшей реализации. В компании обозначили четкое направление разработки и сферу применения. Поэтому некоторые важные особенности станут известны позднее. Что касается мобильных устройств, то DynamIQ демонстрирует заметный прогресс и несет ряд полезных преимуществ. При этом первые устройства на новой архитектуре не стоит ожидать раньше второй половины 2018 года.

# Теги:

Комментарии пользователей

Нет комментариев