ARM的未来低功耗系统设计发展之路

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每一名系统设计人员都理解功耗和性能的相对关系：您的应用

需要的计算性能越高，设计的功耗也就越高。但是，新一类应用对

这一规则发出了挑战。智能电话设计人员希望同时实现PC级峰值应

用速率以及更长的电池使用寿命。嵌入式系统规划采用智能传感器

以满足严格的数据分析要求，安全的连接互联网，但是要求最大限

度的降低功耗。在传统的思路中，这些明显是无法实现的。但是，

ARM工程师在6月份设计自动化大会(DAC)上的发言表明，CPU知识产

权(IP)带头企业的发展方向却是将这些不可能变为可能。

当然，ARM从开始出现便一直专用于低功耗计算。在其DAC主题

发言中，ARM创始人之一Mike Muller从小剑桥计算机业余爱好供应

商Acorn Computer公司一个芯片设计人员小组在1980年早期提出的

问题开始，追溯了体系结构的发展：他们能使用RISC原理来开发16

位微处理器，其性能超越个人计算机中的传统芯片吗?这一问题的

答案是Acorn RISC机——ARM今后发展壮大的萌芽。

Acorn公司最初的成功源自高效的使用逻辑门和寄存器，主要

是在简洁的RISC体系结构的支撑下实现的。尽量减少每一操作所需

的逻辑转换数也一直是ARM套件的关键工具。但是，随着公司在研

发预算上的增长，以及公司影响的扩大，ARM设计人员开始在降低

每一操作所需的功耗上寻求更好的工艺和电路技术。异步设计、低

功耗工艺技术、精细粒度时钟选通、电源选通以及动态电压频率调

整(DVFS)等都成为工具套件的一部分。

Muller说，今天，ARM增加了新工具：超精细粒度电源选通，

例如，以非常低的电压进行工作等。但是，完全不同的发展方向将

产生完全不同的技术：异构多核计算和虚拟化的概念——这是来自

服务器领域的理念。

扩展低端

在评估功耗和性能的一张图(图1)上，不同的技术扩展了这张

图中不同位置的曲线。进一步使曲线向高性能方向扩展的技术包括

，深度流水线、高时钟频率以及多核簇等。这些方法完全不同于功

耗管理技术，功耗管理技术将整条曲线向低功耗方向下拉。两者都

具有的不同之处是新出现的一类技术，使曲线向下向左：超低功耗

，低速计算。