Maßstab für iPhone-Prozessor
Samsungs Exynos 7420 unter der Lupe
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Auch Big.LITTLE-Prozessing verbessert
Wie der Exynos 5433 nutzt auch der 7420 das ursprünglich von ARM erfundene, dann aber von Qualcomm, Samsung und anderen verbesserte sogenannte Big.LITTLE-Prozessing, bei welchem die einzelnen CPUs lastabhängig aktivitiert und getaktet werden. kritisch ist insbesondere immer der Wechsel von einer A53-CPU zu einer A57-CPU und zurück, weil damit vergleichsweise viel Overhead zusammenhängt. Der Wechsel sollte daher so selten wie möglich und so oft wie nötig vorgenommen werden.
Verantwortlich für die Lastverteilung auf den 8 Cores ist der sogenannte Global Task Scheduler (GTS). Dieser berechnet zunächst in fixen Zeitabständen die jeweilige CPU-Last, indem die Auslastung und die aktuelle Taktfrequenz in Relation zur maximalen Taktfrequenz berechnet wird. Ist eine CPU, die maximal mit 2 GHz getaktet wird, z.B. zu 50 % ausgelastet und dabei mit 1 GHz getaktet, würde der GTS eine Auslastung von 50 % x 50 % = 25 % berechnen.
Für den CPU-Wechsel von A53 zu A57 bzw. umgedreht gibt es Schwellenwerte. Beim Exynos 5433 betragen diese 50 % bzw. 25 % CPU-Last. Beträgt die CPU-Last der Cortex-A53 eines Threads mehr als 50 %, wird sie auf die Cortex-A57 migriert, beträgt eine Last auf den Cortex-A57 weniger als 25 %, wird sie auf die Cortex-A53 verschoben. Beim Exynos 7420 betragen diese Schwellenwerte 46,7 und 20,8 %.
In der Realität ist das Ganze noch komplexer, da zunächst eine – viel schneller umsetzbare - Frequenzanhebung – bzw. Absenkung stattfinden wird, bevor die Migration auf einen anderen Core umgesetzt wird. Eine Last von z.B. 100 % Last bei einem mit 800 MHz getakteten Cortex-A53 wird man nie erreichen, da zunächst dessen Frequenz angehoben werden wird, bevor der GTS feststellt, dass selbst 1,3 GHz nicht ausreichen, um die Last wieder unter 50 % zu bekommen. Die Migration auf den A57 wird daher realistischerweise bei 900 – 1000 MHz stattfinden. Gleiches gilt für den umgekehrten Weg, wo zunächst die Frequenz des A57 abgesenkt wird, bevor auf den A53 migriert wird.
Bei einer idealen Big.LITTLE-Implementierung sollen die Migrationspunkte (Pfeile in Bild 3) bezüglich der Rechenleistung/W-Kurve möglichst eng beieinanderliegen mit einem kleinen Abstand in den Rechenleistungs-Kurven, um Migrationen zu vermeiden, wenn eine Last zwischen den beiden Rechenleistungs-Kurven liegt.
Wie Bild 3 auf Basis von Messungen mit dem Benchmark SPECInt2000 zeigt, ist Samsungs Implementierung beim Exynos 5433 ganz schlecht gelungen: Die Pfeile auf der Effizenz-Achse liegen weit auseinander, d.h. es wird u.a. viel zu früh vom A53 auf den A57 migriert und unnötig Energie verbrannt.
Die Implementierung beim 7420 ist deutlich besser: Beide Migrationspunkte liegen fast auf einer Linie, bevor die Effizienz des A53-Clusters immer weiter absinkt wird zum genau richtigen Zeitpunkt auf den A57 gewechselt. Der Grund für die auf den ersten Blick merkwürdig erscheinenden Schwellenwerte von Schwellenwerte von 46,7 und 20,8 % CPU-Last liegen einfach darin begründet, dass Samsung sie auf Grund der Erfahrungen mit dem 5433 angepasst hat – wie man sieht mit Erfolg.
Dass der 7420 auch bei den Absolutwerten der Energieeffizienz vorne liegt (das zeigt Bild 3 nebenbei auch noch), ist ja auf Grund der obigen Ausführungen nicht verwunderlich und der 14-nm-FinFET-Fertigung geschuldet.
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