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Android遭遇“暗芯”如何提高手机电池寿命?

2011/5/7 8:26:01| 分类: 默认分类

  一款处理器,镶嵌有专门为Android手机应用程序定制的的电路,它可延长设备电池的使用时间。圣地亚哥加州大学(UCSD)的研究者已开发了一款软件,可对操作系统以及一组最常用应用程序进行检测,然后根据这些操作系统和应用程序的需求生成相应的处理器设计。相对于今天典型的通用智能手机芯片,根据这种设计制造的处理器,效率可高出11倍,迈克尔·泰勒(Michael Taylor)如此说。他和同事斯蒂文·斯旺森(Steven Swanson)共同负责Green Droid这一项目。

    使用时间更长:为常用应用程序设计的微处理器令智能手机具有更高的能效。

    “用于移动手机的芯片需用重新设计有两个原因,”泰勒说,“一个是改善芯片对手机有限电量的利用,另一个是解决所谓‘暗芯’(darkchip)的问题,这一问题使得传统的芯片设计变得更为低效。”

    “暗芯”指微芯片中剩下的未使用部分。虽然,今天并不常见,但在2或3年内,暗芯将成为一种必然,因为工程师将无法通过进一步降低芯片的工作电压,以此抵消更小更快的芯片不断增加的功耗和费热。

    使用电压更低、体积更小的晶体管,“从传统上来说,是一种安全阀。这种安全阀带来了更多的计算能力,但没有提供更多的散热功能。”泰勒说到,“但现在已经没有推进的空间。”工作电压已经慢慢接近晶体管无法正常工作的底限。这表示,随着晶体管的进一步变小,每一代芯片都将比上一代芯片更为低效,他指出。“如果继续使用芯片的所有部分,每一代都将比上一代生成双倍的热量。”为了保持能耗一直不变,将要求每次只使用芯片的某些部分。

    在处理器的主核(芯片中执行指令的部分)周围放置120颗更小的内核,每颗小内核处理手机最常用应用程序频繁使用的一条代码。通过这种方式,泰勒和斯旺森的GreenDroid设计回避了上文中所说的问题。构建在代码之上的每个内核,其电路对代码结构进行细致的模仿,从而使效率比执行同一任务的通用处理器内核高出1万倍。“如果将芯片中填满这种高度专业化的内核,那么对于某个特定任务,每次只使用这部分的芯片将具有最高的能效。”泰勒说。

    圣地亚哥加州大学的团队已经开发出能够完成这一目的软件,而不是人工地将源代码的设计转化到处理器内核中。在电子邮件、地图、视频和Pandora网络广播服务等受欢迎的应用程序时,研究人员在它们的运行过程中记录了Android操作系统的计算需求。根据这些信息,这款软件可生成GreedDroid芯片设计。

    该代码大约70%的部分在多个应用程序或操作系统的各部分之间共用,因此GreenDroid的专用内核可以处理手机上许多最为耗能的工作。对完整的GreenDroid处理器进行详尽的模拟,可证实它能够提供极高的效率,泰勒说。“我们将在6月份推出第一款用于制造的设计,并且设计了相应的主板。这样,我们就可以在主板上使用这种处理器并安装Android和应用程序,然后根据传统设计进行对比测评。”他说到。

    在学术界,定制装配式的处理器非常少见且成本极高。这种芯片将使用比现在市面上更小的晶体管,并具有28纳米的技术特征。32纳米的处理器最近才刚刚上市,而在下一代22纳米处理器中,暗芯将成为一个真正的难题。

    弗吉尼亚大学教授凯文·斯卡德龙(KevinSkadron)认为,UCSD的策略与智能手机非常匹配,因为应用程序是紧密集成在智能手机系统中的。“他们明智地选择了Android为目标。”他说,“因为在手机上,操作系统负责处理器所完成的巨量工作。这意味着,每个手机的每个用户都将从他们的专用芯片中获益。”使用同样的电池,配有GreenDroid类型处理器的手机将比传统手机能够使用更长的时间,或者可获得与设计更精致的手机相同的使用时间。

    不过,斯卡德龙指出,这种方式所用的专用硬件也存在缺点:对于非移动设备的用处相对更小。“对于个人计算机或服务器,使用这种方式更具有挑战性,因为对于处理器所做的事情,操作系统具有的影响更小。运行在这种处理器上的应用程序十分重要,并且在不同用户之间差别也非常大。”

    这种特殊的缺点可能也适用于手机,比如不断涌现的新应用,这些应用不同于那些用于生成GreenDroid设计的应用。“对于移动手机,我们不是太担心,因为人们换手机很快。”泰勒说到。由于应用和操作系统的升级是渐变而非突变,他说,在智能手机短暂的使用寿命期间,许多GreenDroid芯片的专用内核不大可能变得毫无用处。泰勒和斯旺森的确为他们的设计添加了一些功能,为了适应新代码可对稳定的内核进行微调;但是,一些升级活动就显得动作太大了。“如果进行了升级,你的手机不会不能用,但能效会下降。”泰勒如此说到,并指出这种情况不会给制造商太多麻烦。


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