Die DynamlQ-Technologie von ARM definiert Multi-Core neu, indem sie Smartphones sowohl eine hohe Leistung als auch einen niedrigen Energieverbrauch ermöglicht

In der Computerbranche wurde schon immer nach Durchbrüchen in der Leistungssteigerung gestrebt und diese auch erzielt. Im Bereich des mobilen Computing wird die Leistung jedoch durch Energieverbrauchsindikatoren aufgrund der eingeschränkten Portabilität eingeschränkt. Die Herstellung eines ausgewogenen Verhältnisses zwischen Leistung und Energieverbrauch, sodass mobile Geräte, allen voran Smartphones, sowohl eine hervorragende Leistung als auch eine herausragende Akkulaufzeit aufweisen, ist für die ARM-Ingenieure seit langem eine Herausforderung.

Als Reaktion darauf brachte ARM 2011 die weltweit erste heterogene Verarbeitungstechnologie für den Mobiltelefonmarkt auf den Markt – big.LITTLE. Die Architektur dieser Technologie umfasst einen leistungsstarken „großen“ CPU-Cluster und einen hocheffizienten „kleinen“ CPU-Cluster, die durch eine konsistente Verbindung verbunden sind. Auf dieser Architektur ausgeführte Software kann die richtige Anwendungsaufgabe auf der richtigen CPU planen.

In den folgenden Jahren wurden im Zuge der fortschreitenden Innovation der CPU auch die Softwareschicht aktualisiert und intelligentere Algorithmen zur Aufgabenplanung eingeführt. Während dieser Zeit blieb die Grundlage der Hardware-Technologiearchitektur jedoch im Wesentlichen unverändert und bestand weiterhin aus mehreren CPU-Clustern unterschiedlicher Größe. Die Technologie wurde auf dem Mobiltelefonmarkt schnell übernommen. Aus diesem Grund verlassen sich zwei Drittel der heute ausgelieferten ARMv8-basierten Android-Geräte auf big.LITTLE, um Stromverbrauch und Leistung zu optimieren.

Um die Leistung und den Energieverbrauch mobiler Geräte weiter zu optimieren, hat ARM vor Kurzem seine neueste Technologie DynamIQ herausgebracht, die aufgrund ihrer weitreichenden Auswirkungen auf die zukünftige Entwicklung der big.LITTLE-Technologie großes Interesse in der Technologiebranche und bei „Technologie-Enthusiasten“ geweckt hat und möglicherweise sogar den Bereich des mobilen Computing in großem Maßstab umkrempeln wird.

Die DynamIQ-Technologie bringt eine neue technische Architektur mit sich, die die heterogene Verarbeitungslandschaft verändern kann. Es vereint zwei große und kleine Cluster zu einem vollständig integrierten CPU-Cluster mit großen und kleinen CPUs. Mit der DynamIQ-Technologie erstellte big.LITTLE-Designs werden DynamIQ big.LITTLE genannt. Die DynamIQ big.LITTLE-Technologie führt intelligente Stromverbrauchsfunktionen in CPU-Clustern ein und trägt dazu bei, die Leistung innerhalb eines bestimmten thermischen Rahmens zu maximieren. Dies bedeutet eine höhere Datenverarbeitungsleistung und Performance und sorgt für ein besseres Erlebnis bei allen Anwendungen.

Die Einführung der DynamIQ big.LITTLE-Technologie wird Verbrauchern und Herstellern mobiler Geräte viele Vorteile bringen.

Vollständig integrierte Lösungen ermöglichen eine breitere Produktdifferenzierung

Verbraucher erwarten von ihren Smartphones mittlerweile eine immer höhere Rechenleistung – und zwar mit jedem neuen Gerät, das auf den Markt kommt, egal, ob es sich um ein High-End-Smartphone oder ein Einsteigermodell handelt. Objektiv betrachtet ist PokemonGo seit seiner Markteinführung im Jahr 2016 zur Must-Have-App Nummer eins geworden, sogar auf Einsteiger-Smartphones. Um der Nachfrage der Verbraucher nach höherer Leistung gerecht zu werden, insbesondere in preissensiblen Märkten, wird die Produktdifferenzierung innerhalb von SoCs (System-on-Chips) immer wichtiger.

Neue integrierte Cluster in DynamIQ big.LITTLE-Systemen ermöglichen neue Kombinationen, die die Produktdifferenzierung erweitern. Diese neuen Kombinationen ermöglichen den zunehmenden Einsatz „großer“ CPUs im Mittelklassemarkt und verbessern so die Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Designs mit nur „kleinen“ CPUs. Der Umfang der Skalierbarkeit endet hier jedoch nicht. DynamIQ big.LITTLE-Systeme ermöglichen außerdem die Abstimmung einzelner oder Gruppen von CPUs innerhalb eines Clusters auf unterschiedliche Leistungs- und Leistungspunkte, was nahezu unbegrenzte Designmöglichkeiten ermöglicht. Die hohe Flexibilität, die DynamIQ bietet, schafft Differenzierungsmöglichkeiten in preissensiblen Märkten.

Verbesserte Single-Thread-Leistung sorgt für ein besseres Benutzererlebnis

Während sich das Benutzererlebnis mit der Weiterentwicklung von Anwendungen ständig ändert, bleibt eines konstant: Die Reaktionsfähigkeit des Benutzererlebnisses hängt in hohem Maße von der Single-Thread-Rechenleistung ab. Fortschrittliche Anwendungen wie künstliche Intelligenz und erweiterte Realität werden auch weiterhin höhere Anforderungen an das Benutzererlebnis stellen. Der Mobiltelefonmarkt erinnert uns jedoch schnell daran, dass Hitze die Leistung eines Geräts begrenzt. Das Problem der thermischen Effizienz erstreckt sich über den Mobiltelefonmarkt hinaus auf andere Märkte wie Autos und Laptops.

Um dieses Problem zu lösen, setzt big.LITTLE auf Technologien wie die dynamische Spannungs-/Frequenzskalierung, die zwei komplementäre Leistungsbereiche ermöglicht, von denen jeder Spannung und Frequenz gemeinsam anpassen kann. DynamIQ geht mit dieser Technologie noch einen Schritt weiter, indem es mehrere konfigurierbare Leistungsdomänen in einem einzigen Cluster unterstützt. Diese Leistungsdomänen bestehen aus einer oder mehreren ARM-CPUs und können hinsichtlich Leistung und Stromverbrauch detaillierter optimiert werden. Die Optimierungspräzision kann im Vergleich zu früheren Cortex-A-Quad-Core-Clustern um das Vierfache verbessert werden.

Die Natur dieser DynamIQ-Technologie bedeutet, dass DynamIQ big.LITTLE-Systeme mehr Leistung aus engeren thermischen Beschränkungen herausholen können, was zu längeren Leistungsperioden führt. Solche Systeme können außerdem von vorübergehenden Leistungssteigerungen profitieren, um eine schnellere Reaktionsfähigkeit und ein besseres Benutzererlebnis bei Aktivitäten wie dem Starten von Anwendungen oder der Ausführung von Gesten wie Drehen, Wischen und Zusammenziehen zum Zoomen auf einem Touchscreen oder Touchpad zu bieten.

Verbesserte Energieeffizienz durch erweiterte Energieverwaltungsfunktionen

Da der Wettbewerb auf dem Markt für mobile Computer, beispielsweise Smartphones, immer härter wird, steigt auch die Verbrauchernachfrage. Der Energieverbrauch und die Akkulaufzeit von Geräten gewinnen bei den Verbrauchern zunehmend an Bedeutung und sind zu einem Problempunkt geworden, auf den sich die Hersteller konzentrieren.

In DynamIQ big.LITTLE-Systemen können jetzt alle Aufgabenübertragungen zwischen großen und kleinen CPUs innerhalb eines einzigen CPU-Clusters über den gemeinsam genutzten Speicher durchgeführt werden, und gemeinsame Datenübertragungen zwischen „großen“ und „kleinen“ CPUs können ebenfalls innerhalb eines einzigen Clusters durchgeführt werden. Aus Systemsicht reduziert sich dadurch der Datenverkehr und damit der Stromverbrauch, was sich positiv auf die Gesamteffizienz des Systems auswirkt.

Darüber hinaus ist es durch den größeren Cache-Speicherplatz im CPU-Cluster möglich, mehr heterogene Verarbeitungsvorgänge innerhalb des Clusters durchzuführen, wodurch der Zugriff auf den externen Speicher reduziert und somit der Stromverbrauch des Systems beim Ausführen bestimmter Anwendungen gesenkt werden kann. Dies bedeutet auch, dass die Wartezeit der CPU-Daten verkürzt wird, wodurch die Leistung verbessert und gleichzeitig der Stromverbrauch gesenkt wird.

DynamIQ big.LITTLE nutzt außerdem die erweiterten Energieverwaltungsfunktionen der DynamIQ-Technologie. Das DynamIQ-System ist darauf ausgelegt, Übergänge zwischen verschiedenen CPU-Energiezuständen wie Einschalten, Ausschalten und Ruhezustand zu beschleunigen. Dadurch wird die Zeit reduziert, die die CPU benötigt, um in den Standby-Modus oder den Ausschaltmodus zu wechseln, und der Übergang in den und aus dem Standby-Zustand wird effizienter. Darüber hinaus gibt es eine automatische Speicherenergieverwaltungsfunktion, die die Menge des im Cluster verfügbaren lokalen Speichers intelligent an die Art der auf der CPU ausgeführten Anwendungen anpasst.

Innovatives Benutzererlebnis der nächsten Generation

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass big.LITTLE den Stromverbrauch und die thermische Effizienz in eingeschränkten Umgebungen verbessert, die Rechenleistung von Geräten erhöht und den Verbrauchern somit ein besseres Benutzererlebnis bietet. Die DynamIQ-Technologie hat eine neue Ära der heterogenen Verarbeitung eingeläutet. DynamIQ big.LITTLE steigert die Effizienz für leistungsstarke, fortgeschrittene Anwendungen wie AR und VR und läutet eine neue Ära umfassender und innovativer Benutzererlebnisse ein.

Mit der DynamIQ-Technologie hat die Mobile-Computing-Technologie einen weiteren großen Schritt nach vorne gemacht und den Herstellern mobiler Geräte wie Smartphones mehr Handlungsspielraum gegeben. Verbraucher können sich auf qualitativ hochwertige Produkte freuen, bei denen es in nachfolgenden Produktupdates zu weiteren Verbesserungen hinsichtlich Leistung und Energieverbrauch kommt.

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