Kiến trúc big.LITTLE là gì? Big.LITTLE đã thay đổi CPU như thế nào?

Chia sẻ kiến thức 21/08/2022

Các CPU ARM đã hoạt động trên một kiến ​​trúc đa lõi đặc biệt có tên là big.LITTLE trong nhiều năm. Nhưng đó là gì và tại sao nó lại quan trọng như vậy?

 

ARM hiện là kiến ​​trúc CPU được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới.

Nó có thể không cung cấp năng lượng cho máy tính của bạn, nhưng gần như chắc chắn nó cung cấp năng lượng cho điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng của bạn. Hơn nữa, Apple hiện sử dụng kiến ​​trúc ARM trên các thiết kế CPU nội bộ của họ.

CPU ARM có thể có hiệu suất đáng kinh ngạc ở mức tiêu thụ điện năng thấp. Trên thực tế, chúng thấp đến mức có thể vừa với những chiếc điện thoại thông minh mỏng với khả năng làm mát thụ động. Mức tiêu thụ điện năng hiệu quả đó phần lớn là do thiết lập lõi big.LITTLE, được sử dụng bởi Apple, Qualcomm, MediaTek và các nhà sản xuất CPU khác.

Chính xác thì big.LITTLE là gì, và tại sao nó lại quan trọng như vậy?

Kiến trúc CPU big.LITTLE của ARM là gì?

Hầu hết các CPU hiện đại thường có nhiều lõi để hệ thống phân chia các nhiệm vụ giữa các lõi. Thông thường, các CPU đa lõi này có các lõi giống hệt nhau và có khả năng xử lý các lệnh giống nhau và đạt cùng tốc độ xung nhịp. Tất cả các tác vụ dù lớn hay nhỏ đều được xử lý và phân phối giữa các lõi này. Các CPU ARM big.LITTLE không như vậy.

Trong khi có các CPU ARM có thiết lập lõi “thông thường”, các thiết kế CPU dựa trên big.LITTLE có hai “cụm” lõi với các lõi được thiết kế khác nhau cho các tác vụ khác nhau. Trong các loại CPU này, chúng ta sẽ thường thấy các lõi “hiệu suất cao” được thiết kế để đảm nhận các tác vụ nặng và lõi “tiết kiệm điện” xử lý các tác vụ thông thường hơn. Các lõi hiệu suất cao này thường có thông số kỹ thuật cao, ngốn điện và đạt tốc độ xung nhịp cao hơn rõ rệt, trong khi các lõi tiết kiệm năng lượng yếu hơn, xung nhịp thấp hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn.

Trong điện thoại thông minh, những “tác vụ thông thường” này bao gồm nhắn tin, e-mail, gọi điện, âm thanh, v.v. – phần lớn các tác vụ thông thường mà điện thoại thông minh phải thực hiện. Những tác vụ này được đảm nhiệm bởi các lõi tiết kiệm năng lượng, trong khi các lõi hiệu suất cao lớn hơn được để lại cho các tác vụ khác có đòi hỏi cao hơn như chơi game và duyệt web. Hệ thống sử dụng đa xử lý không đồng nhất (heterogeneous multi-processing, hay HMP), để phân phối khối lượng công việc giữa tất cả các lõi CPU khác nhau.

Điều này có hai lợi thế. Vì các tác vụ hàng ngày được xử lý bởi các lõi nhỏ hơn, ít tiêu tốn năng lượng hơn, các CPU này thường tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể. Chúng cũng có hiệu suất tốt hơn vì các tác vụ đòi hỏi cao hơn đều có một cụm lõi CPU cho riêng mình. Kết quả là một CPU vừa hoạt động tốt hơn vừa tiết kiệm điện hơn.

Ý tưởng cách mạng với lịch sử nhấp nhô

Trước sự xuất hiện của big.LITTLE, tất cả các CPU ARM đa lõi đều có sự sắp xếp của các lõi giống hệt nhau, giống như CPU ​​x86. big.LITTLE được giới thiệu lần đầu tiên vào tháng 10 năm 2011 và được giới thiệu cùng với hai thiết kế lõi mới, Cortex-A7 và Cortex-A15. Hai thiết kế lõi này có thể được ghép với nhau: Cortex-A15 sẽ hoạt động như lõi lớn, trong khi Cortex-A7 sẽ hoạt động như lõi nhỏ. Từ đó, các thiết kế lõi trong tương lai của ARM Holdings đều sẽ tương thích với big.LITTLE..

Một trong những CPU đầu tiên ra mắt với thiết kế lõi này là Exynos 5 Octa 5410 cung cấp năng lượng cho Samsung Galaxy S4 vào năm 2013. Nó có bốn lõi Cortex-A7 tốc độ 1,2 GHz và bốn lõi Cortex-A15 tốc độ 1,6 GHz trong một tổng số 8 lõi.

Tuy nhiên, cách thức hoạt động của scheduler (tạm dịch là trình lên lịch) cho các CPU big.LITTLE trước đó khá vụng về. Những scheduler trước đó đã sử dụng “chuyển đổi theo cụm” để giải quyết toàn bộ các cụm cùng một lúc. Nếu tải (load) trên toàn bộ bộ xử lý thấp, nó sẽ sử dụng các lõi năng lượng thấp, nhưng nếu load tăng lên, nó sẽ chuyển toàn bộ khối lượng công việc sang các lõi lớn. Cách sắp xếp này khá kém hiệu quả.

Sau đó, các lõi lớn được ghép nối với các lõi nhỏ và cả hai đều được scheduler giải quyết như một “lõi ảo” duy nhất. Tùy thuộc vào việc một lõi ảo được cấp tải thấp hay cao, nó sẽ chuyển đổi giữa việc sử dụng lõi nhỏ và lõi lớn.

Từ đó, chúng ta kết thúc với quá trình đa xử lý không đồng nhất. Ở đây, mỗi lõi có thể được giải quyết riêng. Scheduler biết lõi nào lớn, lõi nào nhỏ và tiến hành phân phối khối lượng công việc dựa trên đó, phân phối tải thấp hơn cho các lõi tiết kiệm điện và tải lớn hơn cho các lõi hiệu suất cao.

Big.LITTLE đã thay đổi CPU như thế nào?

Bộ vi xử lý ARM vốn nổi tiếng vì cân bằng tốt giữa hiệu suất và hiệu quả sử dụng năng lượng. Tuy nhiên, trên các CPU này, việc tiêu thụ điện năng thấp là điều bắt buộc. Xét cho cùng, những bộ vi xử lý này được sử dụng trong điện thoại thông minh. Loại thiết bị này nhỏ, có thân máy mỏng và không có bất kỳ loại làm mát tích cực nào, vì vậy mức chịu nhiệt rất thấp và CPU cần phải tiêu thụ điện năng để đáp ứng yêu cầu này

big.LITTLE có thể cải thiện đồng thời cả hiệu suất và hiệu suất năng lượng. Ngày nay, hầu hết nếu không phải tất cả các CPU ARM đều có thiết kế dựa trên big.LITTLE, ngay cả điện thoại của Apple.

DynamIQ là gì?

DynamIQ là một kiến ​​trúc cốt lõi mới được ARM công bố vào tháng 5 năm 2017 và đóng vai trò như sự kế thừa của  big.LITTLE. DynamIQ đưa những gì big.LITTLE đã làm với tính toán không đồng nhất đi xa hơn.

Trong khi big.LITTLE chỉ giới hạn ở hai cụm, DynamIQ tăng số lõi tối đa trên mỗi cụm lên 8, cho phép thiết kế nhiều lõi trong một cụm duy nhất và cho phép tối đa 32 cụm trên mỗi CPU. Ngoài ra, DynamIQ cung cấp khả năng điều chỉnh điện áp mỗi lõi chính xác hơn và tốc độ bộ nhớ đệm L2 tốt hơn. Nói tóm lại, nó khá giống với big.LITTLE nhưng lại linh hoạt hơn trong việc có nhiều cụm và thiết kế cốt lõi.

Một ví dụ về bộ xử lý DynamIQ là Snapdragon 888, con chip hàng đầu của Qualcomm cho năm 2021.

Trong các bộ vi xử lý big.LITTLE, người ta thường thấy các cụm lõi lớn và nhỏ. Tuy nhiên, trong Snapdragon 888, có một “lõi chính”, một lõi Cortex-X1 tốc độ 2,84 GHz, sau đó là một cụm hiệu năng cao, bao gồm ba lõi Cortex-A78 tốc độ 2,42 GHz . Cuối cùng, các lõi tiết kiệm năng lượng là bốn lõi Cortex-A55 tốc độ 1,8 GHz. Đó là một thiết lập tám lõi, nhưng nó sử dụng ba thiết kế lõi khác nhau nhằm giải quyết các tác vụ khác nhau.

Kết luận

Có thể nói sự ra đời của big.LITTLE và khái niệm máy tính không đồng nhất đã hoàn toàn xoay chuyển ngành sản xuất CPU. Các CPU ARM có sức mạnh lớn trong khi vẫn giữ mức tiêu thụ điện năng và thời lượng pin ở mức tối thiểu, và tất cả là nhờ big.LITTLE và kế nhiệm của nó, DynamIQ.

Vân Nguyễn

Dịch từ: https://www.makeuseof.com/what-is-the-biglittle-architecture/

Bình luận (
0
)

Bài liên quan

  • Tầng 0, tòa nhà FPT, 17 Duy Tân, Q. Cầu Giấy, Hà Nội
  • info@funix.edu.vn
  • 0782313602 (Zalo, Viber)        

yêu cầu gọi lại

error: Content is protected !!