ARM的未来低功耗系统设计发展之路

在DAC计划的异构多核系统小组讨论中，ARM的Carl Wilton介绍了公司的宏体系结构计划，降低高性能系统的系统功耗：大-小计算。

大-小方法(图3)是一种多核体系结构形式，内核有相同的指令集，几乎相同的状态寄存器，但是有完全不同的功耗性能特性。在目前的实现中，这意味着高性能ARMCortex A15内核簇，并配上高效的A7内核簇，都通过ARM连贯的互联架构进行连接。

A-15具有连续的三路前端，可无序执行，还具有深达24级的流水线，能够提供服务器级的执行速率。高速缓存结构为其提供支持，用于为不断出现的新指令提供服务。因此，运行在A-15上的任务会执行得非常快。相比较而言，A-7是双路、按序，相对简单的内核，具有较浅的8-10级流水线。A-7执行速度较慢，但是每次操作的能耗不到一半。

这里的想法是，仅在需求较高时使用A15内核，其他时间对其进行电源选通：Muller的快速运行和关断的观点。不需要A15速率的任务可以运行在A7 CPU上，可以使用DVFS来减小每次任务时的能耗。结果是，系统能够支持性能很高的突发，低功耗工作的时间很长，甚至是SoC采用了高泄漏工艺制造的情况。

管理大-小系统的一种方法是使用静态任务分配，把任务分成峰值性能和高能效两部分，相应的把任务分配给CPU。另一方法是通过功耗预知可视化层来控制系统。这一管理程序会认为所有内核功能等价，这些内核工作后，完全根据性能需求，把线程分配给CPU，以满足线程的性能要求，实现最佳总能耗。这种设计会在管理程序和移动任务上消耗额外的能量，但是，能够动态响应环境的变化，或者使用模型的变化。

ARM的IP，您的难题

除了电路级极低电压工作方法，以及系统级降低每次任务的能耗方法，ARM还建议了一种宽范围执行选择。但是，CPU并不是系统解决方案。对于系统设计人员，ARM的IP仍然是难度很大的任务。

在超低能耗方面，系统设计人员的难题是规划工作，近阈值或者亚阈值工作的khz时钟应能满足计算的最低要求。在大-小系统中，对系统建模，使用模式就可以知道每一任务的实际性能，而这是一个主要的问题。而第二个难题是，怎样找到一种方法将信息随时传递给任务管理程序。

ARM的方向是同时扩展性能功耗曲线的低端，提供一种方法在更长的曲线上拉伸系统。但是，具体实现仍然是系统设计人员的任务。