处理器史话 | 大小核的发展：大四核？小四核？这款CPU到底是几个核？

关于手机的CPU频率描述如下："大四核2.6GHz，小四核2.1GHz"。

大四核？小四核？这款CPU到底是几个核？

答案：4+4=8，八核！

虽然在核的数量是4+4，但是大核和小核的分工是不一样的，详情如下：

这就是所谓的八核手机。

为什么要这样设计呢？

原因很简单：CPU没有频率自动调节功能，只能采用高性能4核+低性能4核的组合来延长续航时间，负载高的时候用高性能4核"跑"，负载低的时候低性能4核"跑"了。

Smart！给这样的设计点个赞吧！

1. 大小核处理器的问世
三星电子于2013年1月9日（周三）在CES展会上发布了用于智能手机和平板电脑的Exynos 5 Octa处理器。该处理器芯片实际上是在一个芯片封装中包含两个四核芯片，这种8核处理器使用一种新的架构，能够在不减少电池使用寿命的情况下提供更多的性能。四个高性能内核用于游戏和视频重放等繁重的任务。四个功能不太强大的内核用于文本和电子邮件等节能的普通的任务。

三星Exynos 5 Octa发布（图片来自christianpost）

Exynos 5 Octa内部的A15和A7架构处理核心都采用自家的28nm HKMG工艺打造，A7核心主频介于200MHz至1.20GHz之间，A15核心则是200MHz至1.8GHz，两颗CPU都有独立的电源门控制。

随着Samsung S4的问世，全球首款双四核移动处理器（并不能算是真正意义上的八核，因为八个CPU并不是同时工作，而是分为两个四核分别运作）正式登场，基于ARM的ARM big.LITTLE/Cortex A15架构（也就是所谓的大小核架构），号称是一种低功耗，高性能的移动处理器架构。它的大小分别为主频在1.8GHz的A15处理器，负责处理整段的高负荷任务；A7主频为1.2GHz的处理器负责碎片化的轻量级任务。

"这款双四核处理器的具备低功耗和高性能的特色，其3D性能将达到市面所有产品的两倍之多。"--来自三星的宣言。

S4是成功验证了CPU"大小核"的设计的先进性，那么这个设计的灵感来自于哪里呢？

2. 异步多核的思想
很多读者对移动CPU的异步多核的概念不是很理解，它作为高通骁龙系列的一大特色，它和同步多核处理器之间又有什么区别？各有什么优势呢？异步多核处理器又是怎么达到节能目的？与三星Exynos 5440这一类"大小核"的处理器又会有什么差别呢？

异步多核，或者叫aSMP（asynchronous SMP），是由高通提出的，并应用在自家的Snapdragon S3/S4处理器中。之前也有过不少争论，比如：

观点一：异步多核核心之间不能通讯，称之为"胶水双核"；
观点二：异步多核同时只能有一个核心接受指令，效率很低。

究竟孰是孰非？

这些实际上都是不对的，Sure！

首先来回答：什么是异步多核？

异步多核，其重点在于频率异步，可以将它称为异步频率架构（Asynchronous Clock Architecture）。在这样设计的多核处理器中，每个核心都可以工作在不同的电压和频率下。这样，可以将计算繁重的任务交给一个工作在高频的核心，而压力较小的任务则可以让一个工作在低频的，较慢的核心去负担。而在同步多核中，所有的核心都只能工作在相同的电压和频率下。

还是不理解？那么请看下面的实例：
如下图所示，当有两个任务，一个计算负荷较重，而另一个计算负荷较轻时（图中紫色部分表示任务的计算负荷），异步多核可以让负荷较重的核心CPU0工作在较高的频率（图中蓝色部分代表频率），而负荷较轻的核心CPU1工作在较低的频率和电压下，由此来减小功耗。

而同步多核的CPU1虽然负荷较轻，但由于架构限制，只能和CPU0保持同样的高频率和高电压，由此浪费了更多的能量，而在高通实际的设计中，不仅多个核心可以工作在不同的电压和频率下，它们共享的L2缓存也可以根据实际的负荷，工作在一个单独的电压和频率下，从而最大限度的节能。

相同任务下的同步多核与异步多核的功耗比较

异步多核架构看上去确实很美好，但实际上并不是完美的。在一些情况下，异步频率架构会发生性能的损失：

一种情况是，当一个CPU的L1缓存没有命中，需要去L2缓存取数据时，由于异步多核架构的各个核心和L2缓存工作在不同的频率下，需要更多的时间去完成数据的传输，如图中A的箭头所示。例如高通S4，其Krait CPU核心可以工作在最高1.5GHz下，而L2缓存的最高频率为1.3GHz，如果L2缓存处于频率更低的节能状态，此时核心就需要等待L2缓存完成传输

另一种情况下会损失更多的性能。当其中一个核心，例如CPU0的L1缓存没有命中，需要的数据在CPU1的L1缓存时，则数据需要从CPU1的L1缓存传输到CPU