Стиснення полів

Ще в 2016 році ми дивилися на MediaTek Helio X20, перший мобільний SoC Tri-Gear. Tri-Gear — це крок за рамки концепції big.LITTLE від ARM щодо використання двох різних ядер, які мають унікальні характеристики потужності та продуктивності, шляхом додавання третього ядра. Головною перевагою цього підходу є наявність більшої кількості основних варіантів для найкращого виконання робочих навантажень із кращою енергоефективністю та продуктивністю робочих точок.

У цьому році 70^th ISSCC У Сан-Франциско, Каліфорнія, MediaTek представила статтю під назвою «5G Mobile Gaming-Centric SoC with High-Performance Thermal Management in 4nm FinFET»^[1] за допомогою реалізації Tri-Gear ARMv9. Конструкція складається з 4 високоефективних ядер Cortex-A510, 3 Cortex-A710 збалансованої продуктивності та 1 високопродуктивного ядра Cortex-X2 для 8-ядерної «XNUMX-ядерної» реалізації.

Рис. 1

На малюнку 1 показано криві залежності потужності від продуктивності для 3 різних типів ядер. Дизайн також включає блок 710D-графіки ARM Mali-G3. Як зазначено в назві, SoC є частиною, орієнтованою на мобільні ігри, і продуктивність системи обмежена температурними обмеженнями, тобто система може працювати на вищій напрузі та частоті, але мобільне середовище обмежує можливості охолодження, тому необхідно при разів, щоб відступити від робочої точки найвищої продуктивності. Чим більше неточностей у системі керування температурою, тим більше запасів потрібно використовувати, щоб переконатися, що SoC залишається в межах теплових обмежень. Цей запас відображається як запуск системи на нижчих тактових частотах (і, можливо, напругах), щоб переконатися, що система не перевищує максимально допустимої температури, T_Макс.

Рис. 2

На рисунку 2 показано, як порогове значення, яке використовується під час найгіршого сценарію живлення, залучатиме дроселювання тактової частоти раніше, ніж використання більш розумної порогової схеми, яка все ще може підтримувати температуру системи нижче T_Макс(Відписка) температура. Чим точніше можна передбачити тепловий відгук, тим більшу продуктивність можна вичавити з системи, встановивши вищий поріг і дозволивши системі частіше працювати на вищій тактовій частоті.

Рис. 3

На рисунку 3 показана проста блок-схема монітора та датчика, які використовуються як вхідні дані в Power Predictor для встановлення порогової температури. Усе це також пов’язано з операційною системою, і ОС використовує знання про поточне робоче навантаження, щоб допомогти зробити кращі прогнози. Все це є частиною схеми планування з урахуванням енергії/температури (E/TAS) для покращення продуктивності системи, яка все ще працює нижче сигнального T_Макс.

Рис. 4

На малюнку 4 показано порівняння вдосконаленої системи управління температурою, яка була включена в роботу, описану в статті, з оригінальною глобальною схемою дроселювання та те, як температура показує менші варіації під час виконання зазначеного робочого навантаження випробувального стенду.

Таблиця 1

Результати наведені вище в таблиці 1 для авторського керування Smart Frame-Per-Second (FPS), який є контролером із замкнутим циклом, що складається з прогнозування робочого навантаження, яке також враховує температуру друкованої плати. Результати показують деяке покращення середнього показника. Швидкість кадрів у секунду з більш помітними покращеннями у збільшенні мінімального кадру в секунду, що забезпечує більш плавну роботу відеоігор.

Оскільки інженери працюють над підвищенням ефективності свого апаратного забезпечення, ми продовжуватимемо бачити більш складні методи для систем моніторингу та швидкого налаштування тактових частот. Вбудовування цих гаків дозволяє створювати системи, які можна краще налаштувати відповідно до їхніх додатків і робочого середовища. Це також дозволяє використовувати їх у ширшому наборі застосувань із кращою енергоефективністю.

[1] Bo-Jr Huang, et. Ал., «Центр на процесорі 5G для мобільних ігор із високопродуктивним керуванням температурою в 4-нм FinFET», ISSCC, стор. 40-42, 2023.