浅谈Exynos移动处理器CPU（中央处理单元）在移动设备中的作用

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“聪明”的CPU 

在上一篇文章中，我们了解了Exynos移动处理器中，可以提升相机性能的图像信号处理器（ISP）。今天，三星电子的项目负责人将向大家介绍CPU（中央处理单元）在移动设备中的作用。

CPU通常被比作人类的大脑，如同大脑一样可以处理许多任务。存储、解码、执行和控制是计算机四大主要功能，而CPU是决定电脑整体性能的主要因素。

同样的，移动CPU在操作系统（OS）上运行软件，并控制其他硬件外部设备，使智能手机发挥其最佳性能。

CPU的性能由多种因素决定，包括时钟*速度、IPC*和内核数*。以前的手机的CPU都是单核结构，并且流水线结构也比较简单。因此，它的并行处理能力有限并且工作频率只能达到几百兆赫兹。

如今，智能手机的CPU具有超标量*结构，能对各种命令和指令并行处理。此外，它能以约3GHz（千兆赫兹）的速度运行，即每秒30亿次循环，具有8个或以上的多核结构。   为了达成小尺寸和低功耗，Exynos的CPU发展先后经历了大核、大-小（big-little）再到大-中-小（big-mid-little）三种结构。   大-小（Big-little）是一种处理架构概念，可根据任务类型在两种内核（大和小）之间动态切换，以尽可能发挥性能或控制功耗。比如，发送信息和玩3D游戏所需的CPU性能是不同的，实际使用时，发送信息任务将会使用高能效的小核，而不是高性能的大核，以达到功耗控制的效果。

▲项目负责人Wookyeong Jeong，加入三星后，在CPU领域工作了20余年。

Wookyeong Jeong是负责与Exynos CPU相关的所有任务的SoC设计第2组项目负责人，他在加入三星后，在CPU领域已经工作了20余年。

“   Wookyeong Jeong说道：

CPU决定了系统的竞争力，包括SoC（系统级芯片，system-on-chip）。这是一个有影响力的领域，也是开发先进半导体技术的重中之重。

” “   Jeong说道：

关键在于如何使用有限的功耗来获取尽可能高的性能。系统设计中会使用不同种类的CPU，包括大、中、小核，以及其它种类的内核。实际应用时，可以根据不同应用场景进行组合优化从而达到更高的效率。

”

比如在玩游戏或者使用相机这类高性能要求场景时，Exynos 的CPU通过激活优化后的CPU组合来给用户提供最佳的使用体验。

▲ Exynos 2200的CPU内核结构

Jeong是这么解释他以及他的团队的具体工作责任的。   “   他解释道：

在确定产品中CPU部分的性能目标规格后，我们将会采购CPU IP，评估并检查它的性能，并在量产前进行验证和调试*。CPU的性能优化工作覆盖整个开发过程。

系统LSI事业部承担的工作不仅仅是优化并应用从ARM*引入CPU的RTL*设计，还负责设计和构建CPU的外设模块，比如内存子系统等，以将CPU全部性能发挥出来，打造出更好的芯片。他们还负责设计和构建CPU外围电路，比如合适的内存子系统，以尽可能发挥CPU性能。

”   “   当被问及公司未来发展方向时，Jeong表示：   随着Arm CPU被采用，我们的愿景是成为移动行业最好的CPU制造商。而且不仅仅是芯片供应商，也是整机级别优化的软件供应商。而我们的目标，是成为端对端（E2E）整体解决方案的供应商。 为实现这一目标，从早期开发阶段，CPU开发人员便一直与Arm、设备制造商、三星代工厂和其他公司展开密切合作。此外，他们持续寻求各种提升性能的方法，比如能进一步增强性能的先进封装技术。   ”

“   Jeong补充道：   随着AR和元宇宙的出现，利用CPU、GPU*和NPU*等多种处理器，在SoC层面运行全面的机器学习算法，是一个非常重要的，而且充满竞争的科技前沿技术。 未来，我们将聚焦于增强CPU在机器学习处理中的性能，以此提升竞争力。   ”     在下一篇文章中，我们将向大家介绍针对深度学习算法进行优化的处理器——NPU。  

*CPU：Central Processing Unit，中央处理单元

*时钟：用于计算的连续产生0或1的电振荡。以Hz为单位，更高的时钟数字意味着更快的处理速度。

*IPC（每周期指令）：每个时钟处理的指令。它测量处理一个命令或指令所需的时钟。IPC是评估CPU运行效率的单位。

*内核：CPU内部物理处理电路中的关键部分。内核越多，同时执行多个操作就越容易。单核意味着有1个核心，双核意味着有2个，四核意味着有4个，等等。

*超标量：superscalar，一种结合了通道和并行处理优点的架构，可并行处理来自多个通道的指令。因为可同时执行多条指令，而不必经过“等待”状态，所以处理速度快。

*调试：检查设计的程序是否准确，识别程序错误并进行修复。

*Arm：一家专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供应商,本身不直接从事芯片生产,而是转让设计许可,由合作公司生产各具特色的芯片。

*RTL：Register Transfer Level，寄存器转换级电路

*GPU：graphics processing unit，图形处理器 *NPU：Neural-network Processing Unit，嵌入式神经网络处理器  

编辑：黄飞