处理器史话 | 大小核(big.LITTLE)架构的前世今生

3. 大小核（big.LITTLE）架构
big.LITTLE 处理解决了当今行业面临的一个难题：如何创建既有高性能又有极佳节能效果的片上系统 (SoC) 以延长电池使用寿命。

big.LITTLE 将 ARM Cortex-A15 MPCore处理器的性能与 Cortex-A7 处理器的节能效果结合在一起，使同一应用程序软件在二者之间无缝切换。通过为每个任务选择最佳处理器，big.LITTLE 可以使电池的使用寿命延长高达70%。

big.LITTLE结构示意图

big.LITTLE 处理的设计旨在为适当的作业分配恰当的处理器。Cortex-A15处理器是目前已开发的性能最高的低功耗 ARM 处理器，而 Cortex-A7 处理器是目前已开发的最节能的 ARM 应用程序处理器。可以利用 Cortex-A15处理器的性能来承担繁重的工作负载，而 Cortex-A7 可以最有效地处理智能手机的大部分工作负载。这些操作包括操作系统活动、用户界面和其他持续运行、始终连接的任务。

big.Little 系统中两个处理器之间高效无缝地切换工作负载是通过开发高级 ARM 系统 IP 实现的，这样可确保 Cortex-A15 和 Cortex-A7 处理器之间完全的高速缓存、I/O 的一致性。

那么，到底什么是big.LITTLE，它又是如何进行工作的呢？

为此，ARM专门录制了一个视频，深入浅出地做出解释，并用两个人来分别代表big.LITTLE架构中的"角色"，身材魁梧高大的男士是big，身材娇小的是LITTLE，感兴趣的读者可以观看这个视频，搜索关键字："ARM+big.LITTLE"即可，下图为该视频的截图。

ARM关于big.LITTLE解释的视频截图

当手机不需要工作时，big核心和LITTLE核心都可以停下来休息。

"big.LITTLE是一种节能省耗技术，最高性能的ARM CPU核心与最高效的ARMCPU核心相结合，可以以更低的功耗提供最好的工作性能，最快的处理任务速度。" --ARM解释道。

基于big.LITTLE技术的八核处理器，并没有将传统内核放在单一的处理器上，而是一分为二，其中一个使用了4个"小核心"，另一个则使用了4个"大核心"，这两个"核心"都有着自己独立的速度和性能。通过两大核心自主运行，搭载big.LITTLE技术的处理器比之前的手机CPU更加高效，毕竟后者只有一个或者两个内核。

当需要用智能手机打开一个网页时，手机就可以用一个大的内核来处理该任务，而小的内核则同时处理其他小任务，比如查看电子邮件、拨打电话等。

big.LITTLE软件与平台能够节省75%的CPU功耗，同时在线程负载方面提升40%的性能。根据任务所需的性能，big.LITTLE软件和big.LITTLE MP自动和无缝的将工作负载转至适合的CPU核心进行任务处理。ARM big.LITTLE技术同时兼顾了最佳性能和最低功耗，减少手机的电量消耗。

智能手机与平板电脑对性能的要求越来越高，与此同时，电池的技术发展缓慢。人们希望手机或平板电脑有足够高的性能，处理任务的速度足够快，同时又希望设备电池续航更长一些。传统的处理器技术已经无法满足用户的这种需求，因此，ARM不得不设计出创新的big.LITTLE大小架构。

big.LITTLE是ARM的诸多电力系统管理技术之一，它与动态电压和频率调节（DVFS）、时钟门控以及温度管理协调工作，全面控制着片上处理器的功耗。2015年最佳智能手机阵容处理器均基于ARM的big.LITTLE架构，采用该架构处理器的手机工作速度更快更高效。三星Galaxy S6、HTC M9、LG G4等手机均采用基于big.LITTLE的处理器。实际上，在ARM提出大小核之前，nVIDIA的Tegra 3已经有这个意思了。

Tegra 3包括四个高性能的A9核心（相当于大核心），和一个性能较低的，采用低功耗设计的A9伴核（小核）。当然那时候的设计还没有big.LITTLE完善，也没有特殊设计的缓存一致性互联，切换的时间也较长，达到了ms级别。