Сжимая поля

Еще в 2016 году мы рассмотрели MediaTek Helio X20, первая мобильная SoC Tri-Gear. Tri-Gear — это шаг вперед от концепции ARM big.LITTLE, предусматривающей использование двух разных ядер с уникальными характеристиками мощности и производительности за счет добавления третьего ядра. Основным преимуществом этого подхода является наличие большего количества основных вариантов для наилучшего выполнения рабочих нагрузок с более высокой энергоэффективностью и производительностью в рабочих точках.

В этом году 70^th ISSCC состоявшемся в Сан-Франциско, Калифорния, MediaTek представила документ под названием «Система на кристалле 5G, ориентированная на мобильные игры, с высокопроизводительным управлением температурой на 4-нм FinFET».^[1] с использованием реализации Tri-Gear ARMv9. Конструкция состоит из 4 высокоэффективных ядер Cortex-A510, 3 сбалансированных ядер Cortex-A710 и 1 высокопроизводительного ядра Cortex-X2 для 8-ядерной «восьмиъядерной» реализации.

Рис 1

На рис. 1 показаны кривые зависимости мощности от производительности для трех различных типов ядер. В конструкцию также входит блок 3D-графики ARM Mali-G710. Как упоминается в заголовке, SoC является частью, ориентированной на мобильные игры, а производительность системы ограничена тепловыми ограничениями, т. е. система может работать при более высоком напряжении и частоте, но мобильная среда ограничивает возможности охлаждения, поэтому это необходимо при раз, чтобы отступить от точки максимальной производительности. Чем больше неточностей в системе управления температурным режимом, тем больший запас необходимо использовать, чтобы убедиться, что SoC остается в пределах своих тепловых ограничений. Этот запас проявляется в том, что система работает на более низких тактовых частотах (и, возможно, напряжениях), чтобы гарантировать, что система не превысит максимальную температуру выхода, T_Макс.

Рис 2

На рис. 2 показано, как пороговое значение, используемое во время наихудшего сценария энергопотребления, активирует регулирование тактовой частоты раньше, чем при использовании более интеллектуальной пороговой схемы, которая все еще может удерживать температуру системы ниже T_Макс(Выписка) температура. Чем точнее можно предсказать тепловую реакцию, тем больше производительности можно выжать из системы, установив более высокий порог и позволив системе чаще работать на более высокой тактовой частоте.

Рис 3

На рис. 3 показана простая блок-схема монитора и датчика, используемых в качестве входных данных в Power Predictor для установки пороговой температуры. Все это также связано с операционной системой, и ОС использует знания о текущей рабочей нагрузке, чтобы делать более точные прогнозы. Все это является частью схемы планирования с учетом энергии/температуры (E/TAS) для повышения производительности системы, при этом все еще работая ниже критического T._Макс.

Рис 4

На рис. 4 показано сравнение улучшенной системы управления температурным режимом, включенной в работу, описанную в документе, с исходной глобальной схемой дросселирования, а также то, как температура демонстрирует меньшие колебания при выполнении указанной рабочей нагрузки тестового стенда.

Таблица 1

Результаты показаны выше в Таблице 1 для авторского управления Smart Frame-Per-Second (FPS), которое представляет собой контроллер с обратной связью, состоящий из прогнозирования рабочей нагрузки, который также принимает во внимание температуру печатной платы. Результаты показывают некоторое улучшение среднего. FPS с более заметными улучшениями при увеличении минимального FPS, что приводит к более плавному воспроизведению видеоигр.

По мере того, как инженеры работают над повышением эффективности своего оборудования, мы будем продолжать видеть более сложные методы мониторинга систем и быстрой настройки тактовых частот. Встраивание этих хуков позволяет системам лучше настраиваться в соответствии с их приложениями и операционными средами. Это также позволяет использовать их в более широком наборе приложений с большей энергоэффективностью.

[1] Бо-младший Хуанг, и др. Ал., «Система на кристалле 5G для мобильных игр, ориентированная на игры, с высокопроизводительным управлением температурным режимом на 4-нм FinFET», ISSCC, стр. 40–42, 2023 г.