Cómo Big.little A53 / A57 chips para avergonzar el S4 Pro, Tegra 4 y Exynos 5 Octa

grande pequeño

Tiempo para Big.little diseño de procesadores de ARM recaptura rápida es una solución elegante a la captura irritante 22 que se produce cuando los fabricantes quieren aumentar la potencia de procesamiento, pero están limitados por el tamaño de la batería.

Big.little trabaja por tener dos conjuntos de procesadores, un grupo de baja potencia para las actividades generales y un conjunto de alto rendimiento para juegos y otras aplicaciones fiscales procesador. Las tareas se asignan a estos procesadores dependiendo de la demanda, lo que permite un gran ahorro de energía cuando se requiere sólo una pequeña cantidad de potencia de procesamiento, sin comprometer el rendimiento máximo.

Crédito: ARM

Samsung Exynos 5 Octa es el primer chip para eludir el problema de poder utilizar el diseño Big.little, mediante el uso de un conjunto de baja potencia ARM de cuatro núcleos A7s y un conjunto de más potentes ± 15º. Pero AMD ha anunciado que producirá la siguiente iteración de esta idea, el uso de un procesador de Cortex A57 aún más potente como el núcleo de plomo, y un conjunto de Cortex A53s para ahorrar en el consumo de energía.

A53

La A53 se reforzó versión de la A7, que ofrece un rendimiento similar a la corteza A9 pero utilizando hasta un 40% menos de energía. La próxima generación de chips ARM también incluye soporte para aplicaciones de 64 bits y será producido en tamaños de matriz de 20nm, con el tiempo se hizo tan pequeño como 14nm. Así que, así como mejoras en el rendimiento y consumo de energía, los nuevos chips también ofrecerán optimizaciones de calor y de código.

Lo impresionante de la A53 es que el rendimiento de los procesadores de pico debe estar en algún lugar alrededor de la del procesador de cuatro núcleos A9 en el Galaxy S3. Nadie se quejaría de que el Galaxy S3 es lento, y con un 40% menos de energía llamar su teléfono no tendrá que cargar ni de lejos tan a menudo.

¿Qué hace la A7 y A53 consume menos energía en comparación con sus chips de gama alta equivalentes se debe al hecho de que utilizan la ejecución en orden, por lo que los procesos sólo pueden ser completadas en el orden en que se reciben. Esto es eficiente de la energía, pero reduce el rendimiento para las tareas de subprocesos múltiples en comparación con fuera de la ejecución de la orden - que permite a los procesadores para acelerar el procesamiento reordenando instrucciones.

A57

Ahí es donde el nuevo A57 entra. La parte superior de la línea de Cortex A57 es un procesador de 64-bit de ejecución fuera de orden, que ofrece un aumento de rendimiento significativa sobre la A15 ya poderoso, pero de nuevo se las arregla para mejorar la eficiencia energética. Las mejoras se suman a un 20 - 30% de aumento en el rendimiento sobre el chip viejo, así de buenas a esta nueva implementación de Big.little será tener un máximo rendimiento más alto que la generación anterior.

Crédito: ARM

32 vs 64 bits

Como se ha mencionado, tanto la A53 y A75 introducen compatibilidad con aplicaciones de 64 bits para los dispositivos Android. Aunque probablemente dirigido al mercado de las computadoras de servidor de gama alta, podría haber algunos beneficios para los usuarios de dispositivos portátiles Android si fue alguna vez de cambiar a un sistema operativo de 64 bits.

El número de bits, cuando se habla de los procesadores de la CPU, se refiere a la anchura de registro del procesador. En otras palabras, cómo el valor de los datos de muchos individual de 1 y 0 puede el tirón procesador de otras fuentes para almacenar cuando se tiene que hacer algún trabajo.

Si quieres entrar en los aspectos técnicos de este, el límite total de memoria en un procesador de 32 bits se calcula 2 ^ 32, lo que da a un máximo de 4 GB por valor de memoria accesible. Sin embargo, cuando usted saca memoria requerida por el hardware del sistema y la memoria de gráficos, sistemas de 32 bits a menudo se quedan con menos de 4 GB dejó disponible para las aplicaciones.

64 procesadores bits por otro lado pueden leer desde una masiva 2 ^ 64 el valor de la memoria, lo que equivale a tener 16 exabytes por valor - o 16 mil millones de gigabytes.

Pero ¿por qué es todo esto importante, que no es como los teléfonos inteligentes y las tabletas actuales son particularmente lento? Bueno los beneficios provienen de ese hecho que la memoria RAM es mucho más rápido a los datos de lectura y escritura que los dispositivos de almacenamiento de disco duro. Así que si aumenta la cantidad máxima disponible de RAM que puede pasar menos tiempo de espera para que los datos se transfieren desde dispositivos de almacenamiento más lentos, y mejorar el rendimiento general del sistema.

Aplicaciones de 64 bits codificados también pueden ser más rápido de ejecutar que los 32 bits, como se puede enviar más datos al procesador de una sola vez si usted está utilizando el registro de la CPU más amplio. Las aplicaciones pueden ser más rápido y más eficiente con un procesador de 64 bits, y tabletas finalmente ser capaz de empujar por encima de la marca de memoria RAM de 4 GB.

Rendimiento frente a la batería

ARM ha esbozado dos rutas específicas que quiere tomar cuando se trata de dispositivos móviles. Para los teléfonos inteligentes que está planeando una combinación de doble núcleo y de cuatro, con dos núcleos de Cortex A57 proporcionando el poder cuando sea necesario, y cuatro A53s Cortex disponible para el procesamiento general. Implementaciones Tablet contará con dos grupos de cuatro núcleos, por alguna potencia de procesamiento adicional.

Crédito: ARM

Volviendo a los smartphones de doble núcleo de chips de cuatro núcleos como el Exynos 5 Octa, Tegra 4, y S4 Pro puede parecer paso atrás, pero hay varias consideraciones de diseño inteligentes que hacen de esta una opción inteligente.

En primer lugar, recuerda que el rendimiento mínimo de línea de base se ha mejorado drásticamente en el Exynos 5 Octa. Aunque puede haber consumo de energía adicional al tiempo de inactividad, la idea es que no se necesitarán los núcleos más potentes en absoluto a menos que estés de juego o haciendo otra cosa muy intensivo de la CPU.

Como ya hay un montón de potencia de procesamiento de los cuatro A53s, tiene mucho sentido que sólo se suman otros dos núcleos de alto rendimiento, para evitar la fuga de energía innecesaria de cuatro núcleos que no son susceptibles de ser utilizados en su totalidad.

Crédito: ARM

En segundo lugar, Big.little objetivo es encontrar el mejor equilibrio entre rendimiento y consumo de energía. Aunque la A7 es un chip de potencia muy baja, el A15 es una bastante grande fuga de energía. Teniendo en cuenta la A7 es bastante un procesador débil, es probable que los ± 15º será el cambio en bastante regularidad, drenar el jugo más rápido. La nueva combinación A53 / A57 ofrece el consumo de energía promedio más bajo, al no tener que encender las A57s hambrientos tan a menudo.

Para tabletas, donde es probable que llegar a ser mucho más comunes pantallas de mayor resolución, hay una necesidad de energía adicional, por lo tanto, los dos núcleos A57 adicionales ..

Apilamiento con la competencia

Estoy seguro que muchos de ustedes se preguntan cuál es la diferencia entre las técnicas de eficiencia energética utilizados en los gustos de Nvidia Tegra 4 o Qualcomm S4 Pro. Todo se reduce a los procesadores simétricos o asimétricos.

Usted ve, hay dos formas de organizar su multi-core CPUs- pueden o bien trabajar en estrecha colaboración, compartiendo memoria y tal, o pueden ser más autónomo y el trabajo de sus propias memorias caché y ser en gran parte inconsciente de lo que los otros procesadores están haciendo . Hay pros y los contras de cada método, lo que voy a explicar.

Asimétrico Multi-Processing (AMP) permite que cada núcleo puede activar de forma individual fuera y sus tensiones controladas en función de los requisitos de procesamiento. Este es el método más eficiente de ahorro de energía de la batería, pero puede tener problemas al ejecutar aplicaciones de subprocesos múltiples, ya que se necesitan controles externos para asegurarse de que los núcleos se comunican correctamente.

Crédito: Carrypad Quad Core Krait se muestra la ejecución de un video por separado en cada núcleo

Symmetrical Multi-Processing (SMP), por el contrario, transfiere la asignación de tareas en el sistema operativo, que es mucho más conveniente. Con SMP se puede controlar la frecuencia de los grupos principales núcleos pero no individuales, que es menos eficiente energéticamente que AMP.

En cuanto al rendimiento, AMP es generalmente más rápido y más eficiente de la energía en el manejo de una gran cantidad de tareas individuales, donde como SMP es mejor cuando se está ejecutando múltiples procesos que comparten el mismo bloque de memoria (es decir, aplicaciones de subprocesos múltiples). Así que en realidad todo se reduce a las aplicaciones en ejecución.

Núcleos Krait de Qualcomm (S4 Pro) son asimétricos, de modo que cada núcleo se pueden activar y desactivar individualmente para ahorrar en el consumo de energía. Big.little por otro lado es un híbrido de ambos architectures- los conjuntos de núcleos son SMP, pero cada grupo puede ser controlado de forma asimétrica.

Procesadores Tegra de Nvidia son la más extraña de todas. El núcleo acompañante se puede controlar individualmente, y es asimétrica a los cuatro núcleos principales. Sin embargo, los principales núcleos Tegra también se pueden apagan individualmente por gating su poder, pero no pueden ser sincronizados de forma individual como un verdadero procesador de AMP.

Pero, ¿cuál es el método más eficaz de conservación de la energía?

Desafortunadamente, no podemos comparar el consumo de energía real de cada chip, sin embargo, por lo que tendremos que hacer todo lo posible para inferir el desempeño de la forma en que las arquitecturas están diseñados.

Tanto los procesadores S4 Pro y Tegra 4 uso ARM Cortex A15, que tienen un consumo de energía mínimo más alto que el procesador Cortex A7 y A53. En los estados de energía más bajos S4 Pro y Tegra 4 va a correr una sola A15 con un reloj de baja, mientras que el Big.little va a correr cuatro A53s a un reloj de baja.

Crédito: ARM El gráfico muestra que incluso más alta a los consumidores del estado de rendimiento menos energía de la corteza A7 de estado de rendimiento más bajo de la A15.

En general, la potencia mínima consumida es probable que sea muy similar. La naturaleza AMP de Tegra y el S4 Pro podría darles una ligera ventaja sobre el A53, pero no la A7. Sin embargo, tanto los diseños de Nvidia de Qualcomm y requerirán el poder núcleos hambrientos que estar encendido si se requiere más de un núcleo, añadiendo instantáneamente más fuga de energía. Big.little puede ejecutar 4 núcleos en el estado de energía más bajo, sólo necesitan que las velocidades de núcleo de reloj y el voltaje ligeramente con el fin de aumentar el rendimiento.

El beneficio real de Big.little brilla cuando se trata de requisitos de rendimiento medio. Los dos modelos de la competencia de Qualcomm y Nvidia tienen que encender sus núcleos de alto rendimiento si se requiere algo por encima de la potencia mínima. Donde como Big.little puede permanecer en los núcleos más eficientes en energía hasta totalmente necesario, lo que resulta en el consumo de potencia media inferior.

En el extremo superior, la introducción de la doble A57s también debe ayudar al nuevo chip a reducir el consumo de potencia máxima, lo que debería ver Big.little superó a los competidores aquí también.

Conclusión

En general, la arquitectura Big.little parece proporcionar el mejor equilibrio entre el consumo de energía, soporte multi-procesamiento, y el máximo rendimiento. Eso es en comparación con las arquitecturas de la competencia, que sólo proporcionan la eficiencia energética en los niveles más bajos de operación. La A53 / A57 mejora en la ya impresionante de chip Exynos 5 Octa, y parece ser un procesador excelente cuando finalmente llegue al mercado.

Mientras que una comparación directa entre el Exynos 5 Octa y la A53 / A57 no es exactamente justo, como nuevos chips tienen ventajas obvias de velocidad, son las diferencias de implementación de diseño que son realmente vale la pena destacar. El compromiso entre el máximo rendimiento, el rendimiento general y de drenaje de energía en reposo es un equilibrio difícil de lograr, pero el diseño de la base única de doble núcleo / quad para smartphones bien podría ser el punto dulce.