KOL büyük. KÜÇÜK - ARM big.LITTLE

Cortex A57 / A53 MPCore big.LITTLE CPU yongası

KOL büyük. KÜÇÜK bir heterojen hesaplama tarafından geliştirilen mimari ARM Holdings, nispeten pil tasarrufu sağlayan ve daha yavaş işlemci çekirdeklerini (KÜÇÜK) nispeten daha güçlü ve güce aç olanlarla (büyük). Tipik olarak, yalnızca bir "taraf" veya diğeri aynı anda etkin olacaktır, ancak tümü çekirdek aynı bellek bölgelerine erişim sağlar, böylece iş yükleri anında Büyük ve Küçük çekirdekler arasında değiştirilebilir.[1] Niyet, bir çok çekirdekli işlemci dinamik bilgi işlem ihtiyaçlarına daha iyi uyum sağlayabilen ve daha az güç kullanabilen saat ölçekleme tek başına. ARM'ın pazarlama materyali, bazı faaliyetler için güç kullanımında% 75'e kadar tasarruf vaat ediyor.[2] En yaygın olarak, ARM big.LITTLE mimarileri bir çip üzerinde çok işlemcili sistem (MPSoC).

Ekim 2011'de, big.LITTLE, Cortex-A7 olarak tasarlanmış olan mimari olarak ile uyumlu Cortex-A15.[3] Ekim 2012'de ARM, Cortex-A53 ve Cortex-A57 (ARMv8-A ) büyük.LITTLE bir yongada kullanılmalarına izin vermek için birbirleriyle uyumlu olan çekirdekler.[4] ARM daha sonra Cortex-A12 -de Computex 2013 ardından Cortex-A17 Hem Cortex-A12 hem de Cortex-A17, Cortex-A7 ile büyük bir LITTLE konfigürasyonunda eşleştirilebilir.[5][6]

Big.LITTLE'ın çözdüğü problem

Belirli bir kitaplık için CMOS mantık, mantık saniyede daha fazla geçiş yaptıkça aktif güç artar, transistör sayısı ile sızıntı artar. Bu nedenle, hızlı çalışacak şekilde tasarlanmış CPU'lar, güç tasarrufu için tasarlanmış CPU'lardan farklıdır. Çok hızlı hizmet dışı CPU çok düşük hızlarda dolaşıyor, çok daha az sızıntıya (daha az transistör) sahip bir CPU aynı işi yapabilir. Örneğin, daha küçük (daha az transistör) kullanabilir hafıza önbelleği veya daha basit bir mikro mimari, boru hattı. big.LITTLE, her iki durum için de optimize etmenin bir yoludur: Aynı sistemdeki güç ve hız.

Pratikte, büyük bir LITTLE sistemi şaşırtıcı bir şekilde esnek olmayabilir. Bir sorun, IC'nin sağladığı güç ve saat etki alanlarının sayısı ve türleridir. Bunlar, bir işletim sistemi tarafından sunulan standart güç yönetimi özellikleriyle eşleşmeyebilir. Bir diğeri, CPU'ların artık eşdeğer yeteneklere sahip olmaması ve doğru yazılım görevini doğru CPU ile eşleştirmenin daha zor hale gelmesi. Bu sorunların çoğu, elektronik ve yazılımın daha esnek hale getirilmesiyle çözülüyor.

Çalıştırma durumu geçişi

Üç yol var[7] farklı işlemci çekirdeklerinin büyük bir LITTLE tasarımında düzenlenmesi için planlayıcı uygulanan çekirdek.[8]

Kümelenmiş anahtarlama

Büyük: Küçük kümelenmiş anahtarlama

Kümelenmiş model yaklaşımı, işlemciyi "büyük" veya "LITTLE" çekirdeklerden oluşan özdeş boyutlu kümeler halinde düzenleyen ilk ve en basit uygulamadır. İşletim sistemi zamanlayıcısı bir seferde yalnızca bir kümeyi görebilir; ne zaman yük tüm işlemcide düşük ve yüksek arasında değişir, sistem diğer kümeye geçer. Tüm ilgili veriler daha sonra ortak L2 önbelleği, aktif çekirdek küme kapatılır ve diğeri etkinleştirilir. Bir Önbellek Tutarlı Ara Bağlantısı (CCI) kullanılır. Bu model, Samsung Exynos 5 Okta (5410).[9]

Çekirdek içi değiştirici (CPU geçişi)

Big.Little in-kernel değiştirici

Çekirdek değiştirici (IKS) aracılığıyla CPU geçişi, 'büyük' ​​bir çekirdeği bir 'LITTLE' çekirdeği ile eşleştirmeyi içerir. birçok bir çipte aynı çiftler. Her bir çift sözde bir şekilde çalışır sanal çekirdekve bir seferde yalnızca bir gerçek çekirdek (tam olarak) çalıştırılır ve çalışır. Talep yüksek olduğunda 'büyük' ​​çekirdek kullanılır ve talep düşük olduğunda 'LITTLE' çekirdek kullanılır. Sanal çekirdekteki talep değiştiğinde (yüksek ve düşük arasında), gelen çekirdeğe güç verilir, çalışma durumu aktarılır, giden kapatılır ve işlem yeni çekirdekte devam eder. Geçiş, cpufreq çerçeve. Linux 3.11'e tam bir big.LITTLE IKS uygulaması eklendi. big.LITTLE IKS, küme geçişinin (§ Kümelenmiş anahtarlama ), temel fark, her bir çiftin programlayıcı tarafından görülebilir olmasıdır.

Daha karmaşık bir düzenleme, 'büyük' ​​ve 'KÜÇÜK' çekirdeklerin simetrik olmayan bir gruplamasını içerir. Tek bir yonga, bir veya iki 'büyük' ​​çekirdeğe ve daha fazla 'LITTLE' çekirdeğe sahip olabilir veya bunun tersi de geçerlidir. Nvidia, düşük güçlü 'yardımcı çekirdek' ile buna benzer bir şey yarattı. Tegra 3 Yonga Üzerinde Sistem.

Heterojen çoklu işlem (global görev planlaması)

Büyük: Küçük heterojen çoklu işlem

Big.LITTLE mimarisinin en güçlü kullanım modeli Heterojen Çoklu İşlem (HMP), tüm fiziksel çekirdeklerin aynı anda kullanılmasını sağlar. İş Parçacığı ile yüksek öncelik veya hesaplama yoğunluğu bu durumda "büyük" çekirdeklere tahsis edilebilirken, arka plan görevleri gibi daha az önceliğe veya daha az hesaplama yoğunluğuna sahip iş parçacıkları "LITTLE" çekirdekler tarafından gerçekleştirilebilir.[10][11]

Bu model, Samsung Exynos Exynos 5 Octa serisinden (5420, 5422, 5430) başlayarak,[12][13] ve Apple A serisi ile başlayan işlemciler Elma A11.[14]

Planlama

Eşleştirilmiş düzenleme, geçişin şeffaf bir şekilde yapılmasına izin verir. işletim sistemi var olanı kullanarak dinamik gerilim ve frekans ölçekleme (DVFS) tesisi. Çekirdekteki mevcut DVFS desteği (ör. cpufreq Linux'ta) sadece frekansların / voltajların bir listesini görecektir ve tıpkı mevcut donanımda olduğu gibi uygun gördüğü şekilde aralarında geçiş yapacaktır. Bununla birlikte, düşük kaliteli yuvalar 'Küçük' çekirdeği etkinleştirecek ve üst düzey yuvalar 'Büyük' ​​çekirdeği etkinleştirecektir. Bu, 2012'den beri Linux'un "son teslim tarihi" CPU zamanlayıcısı (aynı adlı G / Ç zamanlayıcı ile karıştırılmamalıdır) tarafından sağlanan erken çözümdür.[15]

Alternatif olarak tüm çekirdekler, çekirdek zamanlayıcı, her işlemin / iş parçacığının nerede yürütüleceğine karar verecektir. Bu, eşleştirilmemiş düzenleme için gerekli olacaktır, ancak muhtemelen eşleştirilmiş çekirdeklerde de kullanılabilir. En azından modern emtia donanımıyla, çekirdek zamanlayıcı için benzersiz problemler ortaya çıkarır. SMP sistem eşittir heterojen. Energy Aware Scheduling adlı Linux 5.0'a 2019 eki, çekirdekleri farklı şekilde değerlendiren bir zamanlayıcı örneğidir.[16][17]

Global görev planlamasının avantajları

  • Çekirdekler arasında taşınan iş yüklerinin daha hassas kontrolü. Zamanlayıcı, görevleri doğrudan çekirdekler arasında taşıdığından, çekirdek tepeden azalır ve güç buna bağlı olarak tasarruf artırılabilir.
  • Zamanlayıcıdaki uygulama, ayrıca, IKS'de uygulanan cpufreq çerçevesinden daha hızlı geçiş kararları sağlar.
  • Simetrik olmayan kümeleri kolayca destekleme yeteneği (örneğin 2 Cortex-A15 çekirdeği ve 4 Cortex-A7 çekirdeği ile).
  • IKS'ye kıyasla SoC'nin gelişmiş en yüksek performans verimi sağlamak için tüm çekirdekleri aynı anda kullanma yeteneği.

Halef

Mayıs 2017'de ARM, DynamIQ big.LITTLE'ın halefi olarak.[18] DynamIQ'nun çok çekirdekli işlemcileri tasarlarken daha fazla esneklik ve ölçeklenebilirlik sağlaması bekleniyor. Big.LITTLE'ın aksine, bir kümedeki maksimum çekirdek sayısını 8'e çıkarır, tek bir küme içinde değişen çekirdek tasarımlarına ve toplamda 32'ye kadar kümeye izin verir. Teknoloji ayrıca çekirdek başına daha ince taneli voltaj kontrolü ve daha yüksek L2 önbellek hızları sunar. Ancak, DynamIQ önceki ARM tasarımlarıyla uyumsuzdur ve başlangıçta yalnızca Cortex-A75 ve Cortex-A55 CPU çekirdekleri.

Referanslar

  1. ^ Nguyen, Hubert (17 Ocak 2013). "ARM big.LITTLE nedir?". UberGizmo.com.
  2. ^ "big.LITTLE teknolojisi". ARM.com. Arşivlenen orijinal 22 Ekim 2012 tarihinde. Alındı 17 Ekim 2012.
  3. ^ "ARM Şimdiye Kadarki En Enerji Verimli Uygulama İşlemcisini Tanıttı; Geleneksel Güç ve Performans İlişkisini Big.LITTLE İşlemeyle Yeniden Tanımlıyor" (Basın bülteni). ARM Holdings. 19 Ekim 2011. Alındı 31 Ekim 2012.
  4. ^ "ARM, Dünyanın En Enerji Verimli 64-bit İşlemcileri olan Cortex-A50 Serisini Piyasaya Sürüyor" (Basın bülteni). ARM Holdings. Alındı 31 Ekim 2012.
  5. ^ "ARM'ün yeni Cortex-A12'si, 2014'ün 200 dolarlık orta seviye akıllı telefonlarına güç vermeye hazır". Sınır. Nisan 2014.
  6. ^ "ARM Cortex A17: 2015'te Ana Akım için Gelişmiş Bir Cortex A12". AnandTech. Nisan 2014.
  7. ^ Brian Jeff (18 Haziran 2013). "Big.LITTLE Hakkında Bilmeniz Gereken On Şey". ARM Holdings. Arşivlenen orijinal 10 Eylül 2013 tarihinde. Alındı 17 Eylül 2013.
  8. ^ George Gray (10 Temmuz 2013). "big.LITTLE Yazılım Güncellemesi". Linaro. Arşivlenen orijinal 4 Ekim 2013 tarihinde. Alındı 17 Eylül 2013.
  9. ^ Peter Clarke (6 Ağustos 2013). "ARM'nin büyük-küçük mimarisini kıyaslama". Alındı 17 Eylül 2013.
  10. ^ Asimetrik Çok Çekirdekli İşlemcileri Tasarlamak ve Yönetmek İçin Teknikler Üzerine Bir İnceleme, ACM Computing Surveys, 2015.
  11. ^ ARM Cortex ™ -A15 ve Cortex-A7 ile Big.LITTLE İşleme (PDF), ARM Holdings, Eylül 2013, arşivlendi orijinal (PDF) 17 Nisan 2012'de, alındı 2013-09-17
  12. ^ Brian Klug (11 Eylül 2013). "Samsung, Exynos 5420'deki büyük.LITTLE MP Desteğini Duyurdu". AnandTech. Alındı 16 Eylül 2013.
  13. ^ "Samsung, Mobil Dünya Kongresi'nde Sistem LSI İşinden Yeni Ürünlerini Tanıttı". Samsung Yarın. Alındı 26 Şubat 2013.
  14. ^ "Gelecek burada: iPhone X". Apple Haber Odası. Alındı 25 Şubat 2018.
  15. ^ McKenney, Paul (12 Haziran 2012). "Big.LITTLE zamanlayıcı güncellemesi". LWN.net.
  16. ^ Perret, Quentin (25 Şubat 2019). "Energy Aware Scheduling, Linux 5.0'da birleştirildi". community.arm.com.
  17. ^ "Enerjiye Duyarlı Planlama". Linux Kernel belgeleri.
  18. ^ Humrick, Matt (29 Mayıs 2017). "Dynamiq ve ARM'ün Yeni CPU'larını Keşfedin". Anandtech. Alındı 10 Temmuz 2017.

daha fazla okuma

Dış bağlantılar