兼顾处理器效能与功耗　大小核设计架构突起

，改由另一个处理器执行工作，这个处理器的操作点也会随着负载变化不同而来回变动（图2）。当效能需求不再，可换回之前的处理器（或丛集）。

　　图2 big.LITTLE切换模式DVFS曲线图

　　显而易见，一致性是达到加速切换所需时间的关键所在，因为它能让已经储存在离埠处理器（Outbound Processor）的状态，在入埠处理器（Inbound Processor）上窥探与回覆，而不必透过主记忆体的存取。

　　此外，由于离埠处理器的L2有快取一致性的功能，当任务切换时，可以透过窥探资料值的方式，改善入埠处理器的快取暖机时间，此时L2快取记忆体仍然可以维持供电状态；不过，因为离埠处理器的L2快取无法提供新资料的快取配置，最后还是必须清除并关闭电源以节省耗电（图3）。

　　图3 big.LITTLE运算任务切换流程图

　　由于LITTLE处理器丛集中，每个处理器都将对应一个big丛集的处理器，因此CPU乃成对配置（Cortex-A15及Cortex-A7处理器上都有CPU0， Cortex-A15及Cortex-A7处理器上都有CPU1，以此类推），不论何时每个配对中只有一个处理器可运转；而系统则会主动侦测各处理器负载，在高负载时将内容执行移到大核心（图4）。当负载从离埠核心移到入埠核心，便会关闭其中一个核心，这种模式让big与LITTLE核心组合能随时运转。

　　图4 big.LITTLE切换模式DVFS曲线图

　　big.LITTLE MP支援非对称丛集运作

　　至于big.LITTLE MP模式则进一步将软体堆叠分配到两个丛集中各个处理器，如此一来，所有CPU皆可同时运作，将系统效能提升到最高点。

　　由于big.LITTLE系统可经由CCI-400达到快取记忆体的一致性，因此有另一种模式能让Cortex-A15及Cortex-A7处理器同时运作并同步执行程式码，称为big.LITTLE MP，基本上可看作一种异质性多工处理模型。这是big.LITTLE系统最先进且最具弹性的模式，能跨越两个丛集调整单一执行环境。

　　在这种使用模式下，若执行绪有上述处理效能方面的需求，便可开启Cortex-A15处理器核心并同时透过Cortex-A7处理器核心执行任务。如果没有这方面需求，则只须开启Cortex-A7处理器，在实际应用上，不同丛集的处理器核心不一定一致，而big.LITTLE MP比较容易支援非对称的丛集。

　　调降低频运算多余功耗　big.LITTLE崭露头角

　　big.LITTLE技术之所以受到IC设计业者瞩目，原因就是一般行动工作量对效能的需求各有不同，必须找到最合适的核心处理。图5显示的是目前搭载Cortex-A9的行动装置中，两个核心在DVFS、闲置与完全关机状态下所花费时间的百分比，（a）处代表最高频率操作点；（b）处则代表最低频率操作点，介于两者之间则属中级频率。

　　图5 big.LITTLE切换模式DVFS曲线图

　　除DVFS状态，作业系统电源管理也会使中央处理器闲置，图中（c）处代表闲置时间，当CPU闲置的时间够长，系统电源控制软体将完全关闭其中一个核心以节省耗电，图中（d）处便代表这部分。

　　从图5可清楚看出应用程式处理器在好几种普通工作量下，都有相当多时间处于低频率状态，在big.LITTLE系统里，系统单晶片（SoC）可利用耗能较低的Cortex-A7核心，执行最高操作频率以外的所有工作。以相同方式分析更为密集的工作量，Cortex-A7处理器对应出低于1GHz频率的机会仍然很大。

　　事实上，自2011年起，使用者层级软体已能在big.LITTLE排程上运转，不过，那只是在处理器核心与互联的软体模型环境上发展。为完整评估big.LITTLE系统效能、功耗及调校是否合宜，还须打造一个能让使用者软体全速运转的测试晶片。

　　ARM测试晶片早在2012年初夏即由晶圆代工厂完成，并在短短几周内开始搭配参考设计板运转，支援完整版的Linux系统及Android 4.0作业系统。这个测试晶片包含一个双核心Cortex-A15丛集、一个三核心Cortex-A7丛集，以及CCI-400快取一致汇流排架构。会影响部分使用者评效基准的绘图处理器并不包括在内，但平台仍可支援Linux、Android作业系统与效能测试软体。

　　测试晶片的Cortex-A15最高频率达1.2GHz，Cortex-A7则为1GHz。效能评析结果显示，虽然测试晶片上的记忆体系统效能不如big.LITTLE SoC量产后的预测水准，但Cortex-A15与Cortex-A7中央处理器的效能仍落在预期范围内。

　　用来测试big.LITTLE效能的任务量，主要基于Android 4.0系统，透过网页进行网路浏览器效能循环，背景则有音效播放。在此实例中均以相当密集的工作量搭配对性能需求不高的背景活动，网路浏览器每2秒便进行网页循环，每页卷动达500画素，因此对系统效能需求相对较高。

这组结论属于较早期的测试结果，用来测试初版big.