[發明專利]具有原生切換機制的非對稱多核心處理器

有效

• 申請號: 201410048503.6
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN104077106B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 羅德尼·E·虎克;泰瑞·派克斯;G·葛蘭·亨利
• 申請（專利權）人: 威盛電子股份有限公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30;G06F9/48
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;田景宜

本發明公開具有原生切換機制的非對稱多核心處理器，包含一第一與一第二處理核心，以支援其指令集架構的特征集合中相對應的一第一與一第二特征子集合。受支援的該第一特征子集合少于指令集架構的特征集合的所有特征。受支援的第一與第二特征子集合互不相同，但其結合即為指令集架構的特征集合的所有特征。當一執行緒由第一核心執行時，第一核心檢測執行緒是否嘗試利用該指令集架構的特征集合中不包含于受支援的第一特征子集合的一特征，以做出指示由第一核心切換至第二核心用以執行執行緒的回應。此不受支援的特征可為一不受支援的指令或操作模式。此切換動作可在低效能/低功耗的核心過度使用或是在高功耗/高效能的核心利用率過低時執行。

技術領域

本發明關于一種處理器，尤其是一種非對稱多核心處理器。

本申請案主張2013年3月26日提出的美國臨時專利申請案第61/805,225號“ASYMMETRIC MULTI-CORE PROCESSOR WITH NATIVE SWITCHING MECHANISM”的優先權，其內容整體引用為本發明的公開內容。

背景技術

總部位于英國劍橋的處理器授權商ARM近來提出一種稱為“大小核(big.LITTLE)”的處理架構。舉例來說，大小核系統的“大核(big)”可以是效能較高且功耗較高的Cortex-A15處理器，而與其匹配的“小核(LITTLE)”可以是效能較低且功耗較低的Cortex-A7處理器。此系統可在依據執行緒的運算強度，在此二個處理器間進行切換。若是此執行緒具有高運算強度，此系統會切換至Cortex-A15處理器執行；反之，當執行緒不具有高運算強度時，此系統就會切換至Cortex-A7處理器執行。透過如此處理，就可以使整體效能接近Cortex-A15處理器的水準，而功耗則是介于處理器Cortex-A7與Cortex-A15之間。此設計特別適用于由電池供電且所需效能變化范圍大的處理平臺，例如智能手機。

在Peter Greenhalgh著，于2011年九月發布的ARM白皮書“Big.LITTLEProcessing with ARM CortexTM–A15&Cortex-A7”中，即指出Cortex-A15與Cortex-A7處理器的架構相同，并以此為大小核(big.LITTLE)的一重要范例。進一步來說，這兩個處理器都是采用ARM v7A架構。（舉例來說，Cortex-A7處理器系采用ARM v7A架構的虛擬與大型實體定址延伸(Virtualization and Large Physical Address Extensions)）基于此，這兩個處理器都可以執行此架構下的所有指令，雖然部分指令的執行上會呈現不同的效能與功耗。此操作系統會決定切換處理器的時點，以試著滿足當前執行的應用程序所需的效能。

大小核(big.LITTLE)的一限制在于，兩個處理器之間需要充分的架構相容性。此問題在于架構內的指令具要相當數量晶體管的配合的情況下，會變得更為顯著。舉例來說，就算是單指令多數據(SIMD)指令，其最低硬件需求也相當可觀，即使是小核(LITTLE)處理器，也具有簡單的硬件來對于SIMD指令內各別部分的數據進行排序。基本上，這些指令在應用程序內的出現情形，即高度相關于此應用程序對于高效能處理的需求。基于此，在小核處理器內的SIMD簡單硬件不大可能會有明顯的使用時間，因為此硬件很快就無法滿足應用程序的效能需求致使系統切換至大核(big)處理器處理。因此，小核處理器內的SIMD簡單硬件將會是浪費。

大小核(big.LITTLE)的另一限制在于，操作系統需要改變以在處理器切換時作出處理并調和此切換動作。但是，說服操作系統的開發者將這些為此特殊利用而設置的指令納入其中是相當困難的，尤其對于嵌入式操作系統的開發者更是如此。

大小核(big.LITTLE)的另一個缺點在于，操作系統決定大小核處理器切換時點的部分會消耗當前正在運作的處理器的頻寬而使此頻寬無法為應用程序所使用。亦即，切換編碼并非與應用程序平行執行，而是互為代替。