用智能多核设计改善安卓设备的性能和功耗

摘要:基于博通推出的新四核(2+2)智能手机平台，本文详细阐述了多核移动设备的性能未必是所有器件性能之和的研发理念。

　　谈到计算，尤其是中央处理单元(CPU)，多核有优势的看法在公众意识中已经根深蒂固了。从单核、双核到四核以及更多内核的进步并未引起人们的忧虑，大众认可这是技术升级的必然过程，这种观念在很大程度上是因PC市场的影响而形成的，同时，期望性能稳步提高也是一个原因。多核已经成为一个市场宣传点，是引导消费者购买决策的关键，在我们这个世界上，随着互连变得越来越普及、便携性逐渐达到极致，多核有优势的看法已经延伸到了移动设备领域。不过，核越多就越好吗?我认为，而且测试也将显示，对于主流安卓应用情况而言，实际上，采用更先进的、专门开发的内核架构，再结合低功率硬件加速器，可以产生性能更高、功率更低的解决方案，而且能满足甚至超过最终用户的预期。

用智能内核提高性能

　　无论最终用户有什么样的看法，在特定使用情况下的性能都是由设备中采用的所有技术合起来决定的，须通盘考虑系统架构、存储器可用带宽、延迟和图形处理单元(GPU)硬件，才有可能提供最高性能。工程师们都会同意，使用更加智能的内核是平衡移动设备所有要求的关键，例如平衡视频性能、图像处理和功耗要求。通过采用智能的双核解决方案，同时采用为卸载某些高性能任务而开发的处理器，相对于具有可比性的四核解决方案，设备可以更加便利地提供全面平衡的性能。在很多情况下，定制的双核解决方案在运行时，还可以提供充足的峰值储备，以允许灵活处理新的移动任务和应用，同时既不超过功率预算，又不减少设备的总体待机或通话时间。

　　另外，所有芯片都是不一样的。ARM处理器可以提供面向安卓设备的CPU基本构件，但是制造商凭借技术领先地位和多年研发积累的经验，可以进行大量修改，从而实现差异化性能。

评估真实的移动性能

　　我们也应该周密地考虑智能手机的衡量标准。Quadrant或Antutu等CPU基准测试的目的是，充分利用所有CPU内核，在这类测试中，四核CPU的测试得分高于双核CPU。不过，在实际使用智能手机时，所测得的数据显示，对于一个以1.2GHz运行的双核ARM A9 CPU，在各种不同的智能手机使用情况下，第二个CPU内核的平均利用率仅为21%。这证实，对某些架构而言，更多的CPU内核(超过两个)不会直接转换成用户体验的提升，或者不会转换成更高的实际性能，因为这些多出来的内核处于闲置状态。

　　最重要的是，这些双核CPU的性能数字显示，在大部分移动设备使用情况下，CPU都远未达到其峰值处理能力。在一些更具挑战性的使用情况下，例如视频录制，处理器实际上不到10%的总体负载。　　

卸载可以提高处理性能

　　在这些情况下，CPU加载较轻的原因是，大部分复杂的系统任务都卸载到了设备的定制硬件中，包括高性能GPU和双矢量处理单元(VPU)。由于将任务从CPU卸载下来，因此提高了性能、降低了功耗，释放的CPU周期可用于在主内核上运行的增值应用。

　　例如，博通的新概念四核(2 + 2)架构具备向GPU和VPU卸载任务的智能卸载功能，这些富有创意的节能功能可实现高性能，例如实现高达1080p的高清视频、支持高达4200万像素的相机解决方案。这种卸载可降低功耗，释放的CPU可用于多种应用，还可以越来越紧密地将用户体验与包括软硬件在内的单芯片系统的总体设计联系起来，而不是仅与CPU相联系。随着安卓系统一代一代向前发展，业界也会看到，这类卸载方法会越来越多。

　　为了更清晰地说明卸载这件事，我们测试了基于领先的四核A9的智能手机和博通的新概念四核(2 + 2)BCM28155，并写了一个简要介绍，以理解在几种常见的图像处理情况下，峰值和平均CPU利用率。在大多数使用情况下，CPU利用率都非常低，从用户角度来看，在新概念四核(2+2)与四核A9 CPU之间，没有哪一个有明显的性能优势。这些使用情况显示，在四个A9 CPU内核中，有两个极少或根本没有使用，博通的新概念四核(双A9 + 双VPU)解决方案实现了更低的总体功耗。

　　多核处理仅对小部分使用情况有显著影响。实际上，在双核系统中，大量使用第二个处理器的实例几乎没有。类似地，四 核架构中的第三个和第四个处理器也常常处于闲置状态。

　　公平地说，在有些实例中，四核处理器可以提高性能，这类例子大多数是在进行多媒体密集型处理，例如视频编缉、转码、面部识别或3D立体声游戏。尽管这类例子可以配置为使用四核处理器，但是在大多数情况下，诸如博通的新概念四核解决方案也可以有效卸载主处理器任务，实现低得多的功耗和高得多的吞吐量。

　　例如，高端游戏使用情况可以受益于四核CPU，但是热量限制可能使四核A9与GPU无法同时长时间以很高的利用率运行。随着SoC芯片温度的升高，泄漏功率也会增大，这实际上降低了CPU和GPU内核的总体可用有效功率预算。

基于GPU的架构在安卓设备中占据核心位置

　　手机制造商严重依赖原始应用处理能力，这导致他们的设备一般功耗更大、电池寿命更短、图形功能更弱。随着安卓向以GPU为中心的架构转变，开发人员对于性能的侧重点也必须随之改变。

　　实际上，今天基于安卓的设备从四核架构获得的优势很小，事实上，这类设备还有很大的峰值性能储备可用，不过这要以增大尺寸和功耗为代价。目前，即使在活动密集或频繁使用时，大多数应用处理器内核的负载仍然非常轻，第三个和第四个内核常常处于闲置状态。未来，设备开发人员必须考虑，怎样更好地平衡设备的性能和处理能力，这样，就不必为了能在其设备市场宣传材料上钩选“四核”复选框，而牺牲电池寿命了。