用智能多核設計改善安卓設備的性能和功耗

　　摘要: 基于博通推出的新四核(2+2)智能手機平臺，本文詳細闡述了多核移動設備的性能未必是所有器件性能之和的研發(fā)理念。

　　談到計算，尤其是中央處理單元(CPU)，多核有優(yōu)勢的看法在公眾意識中已經根深蒂固了。從單核、雙核到四核以及更多內核的進步并未引起人們的憂慮，大眾認可這是技術升級的必然過程，這種觀念在很大程度上是因PC市場的影響而形成的，同時，期望性能穩(wěn)步提高也是一個原因。多核已經成為一個市場宣傳點，是引導消費者購買決策的關鍵，在我們這個世界上，隨著互連變得越來越普及、便攜性逐漸達到極致，多核有優(yōu)勢的看法已經延伸到了移動設備領域。不過，核越多就越好嗎?我認為，而且測試也將顯示，對于主流安卓應用情況而言，實際上，采用更先進的、專門開發(fā)的內核架構，再結合低功率硬件加速器，可以產生性能更高、功率更低的解決方案，而且能滿足甚至超過最終用戶的預期。

　　用智能內核提高性能

　　無論最終用戶有什么樣的看法，在特定使用情況下的性能都是由設備中采用的所有技術合起來決定的，須通盤考慮系統(tǒng)架構、存儲器可用帶寬、延遲和圖形處理單元(GPU)硬件，才有可能提供最高性能。工程師們都會同意，使用更加智能的內核是平衡移動設備所有要求的關鍵，例如平衡視頻性能、圖像處理和功耗要求。通過采用智能的雙核解決方案，同時采用為卸載某些高性能任務而開發(fā)的處理器，相對于具有可比性的四核解決方案，設備可以更加便利地提供全面平衡的性能。在很多情況下，定制的雙核解決方案在運行時，還可以提供充足的峰值儲備，以允許靈活處理新的移動任務和應用，同時既不超過功率預算，又不減少設備的總體待機或通話時間。

　　另外，所有芯片都是不一樣的。ARM處理器可以提供面向安卓設備的CPU基本構件，但是制造商憑借技術領先地位和多年研發(fā)積累的經驗，可以進行大量修改，從而實現差異化性能。

　　評估真實的移動性能

　　我們也應該周密地考慮智能手機的衡量標準。Quadrant或Antutu等CPU基準測試的目的是，充分利用所有CPU內核，在這類測試中，四核CPU的測試得分高于雙核CPU。不過，在實際使用智能手機時，所測得的數據顯示，對于一個以1.2GHz運行的雙核ARM A9 CPU，在各種不同的智能手機使用情況下，第二個CPU內核的平均利用率僅為21%。這證實，對某些架構而言，更多的CPU內核(超過兩個)不會直接轉換成用戶體驗的提升，或者不會轉換成更高的實際性能，因為這些多出來的內核處于閑置狀態(tài)。

　　最重要的是，這些雙核CPU的性能數字顯示，在大部分移動設備使用情況下，CPU都遠未達到其峰值處理能力。在一些更具挑戰(zhàn)性的使用情況下，例如視頻錄制，處理器實際上不到10%的總體負載?！　?/p>

 

　　卸載可以提高處理性能

　　在這些情況下，CPU加載較輕的原因是，大部分復雜的系統(tǒng)任務都卸載到了設備的定制硬件中，包括高性能GPU和雙矢量處理單元(VPU)。由于將任務從CPU卸載下來，因此提高了性能、降低了功耗，釋放的CPU周期可用于在主內核上運行的增值應用。

　　例如，博通的新概念四核(2 + 2)架構具備向GPU和VPU卸載任務的智能卸載功能，這些富有創(chuàng)意的節(jié)能功能可實現高性能，例如實現高達1080p的高清視頻、支持高達4200萬像素的相機解決方案。這種卸載可降低功耗，釋放的CPU可用于多種應用，還可以越來越緊密地將用戶體驗與包括軟硬件在內的單芯片系統(tǒng)的總體設計聯系起來，而不是僅與CPU相聯系。隨著安卓系統(tǒng)一代一代向前發(fā)展，業(yè)界也會看到，這類卸載方法會越來越多。

　　為了更清晰地說明卸載這件事，我們測試了基于領先的四核A9的智能手機和博通的新概念四核(2 + 2)BCM28155，并寫了一個簡要介紹，以理解在幾種常見的圖像處理情況下，峰值和平均CPU利用率。在大多數使用情況下，CPU利用率都非常低，從用戶角度來看，在新概念四核(2+2)與四核A9 CPU之間，沒有哪一個有明顯的性能優(yōu)勢。這些使用情況顯示，在四個A9 CPU內核中，有兩個極少或根本沒有使用，博通的新概念四核(雙A9 + 雙VPU)解決方案實現了更低的總體功耗。

　　多核處理僅對小部分使用情況有顯著影響。實際上，在雙核系統(tǒng)中，大量使用第二個處理器的實例幾乎沒有。類似地，四 核架構中的第三個和第四個處理器也常常處于閑置狀態(tài)。

　　公平地說，在有些實例中，四核處理器可以提高性能，這類例子大多數是在進行多媒體密集型處理，例如視頻編緝、轉碼、面部識別或3D立體聲游戲。盡管這類例子可以配置為使用四核處理器，但是在大多數情況下，諸如博通的新概念四核解決方案也可以有效卸載主處理器任務，實現低得多的功耗和高得多的吞吐量。

　　例如，高端游戲使用情況可以受益于四核CPU，但是熱量限制可能使四核A9與GPU無法同時長時間以很高的利用率運行。隨著SoC芯片溫度的升高，泄漏功率也會增大，這實際上降低了CPU和GPU內核的總體可用有效功率預算。

　　基于GPU的架構在安卓設備中占據核心位置

　　手機制造商嚴重依賴原始應用處理能力，這導致他們的設備一般功耗更大、電池壽命更短、圖形功能更弱。隨著安卓向以GPU為中心的架構轉變，開發(fā)人員對于性能的側重點也必須隨之改變。

　　實際上，今天基于安卓的設備從四核架構獲得的優(yōu)勢很小，事實上，這類設備還有很大的峰值性能儲備可用，不過這要以增大尺寸和功耗為代價。目前，即使在活動密集或頻繁使用時，大多數應用處理器內核的負載仍然非常輕，第三個和第四個內核常常處于閑置狀態(tài)。未來，設備開發(fā)人員必須考慮，怎樣更好地平衡設備的性能和處理能力，這樣，就不必為了能在其設備市場宣傳材料上鉤選“四核”復選框，而犧牲電池壽命了。