專家點(diǎn)津：多核處理器將如何改變電源管理？

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　　隨著消費(fèi)者不斷要求智能手機(jī)、平板電腦、PC 等設(shè)備增加新功能和提高性能，多核處理器從此取代了傳統(tǒng)的單核設(shè)備。

　　各大廠商最新推出的多媒體應(yīng)用處理器采用了ARM Cortex-A9 或 Cortex-A15 等先進(jìn)的內(nèi)核架構(gòu)，提供單核、雙核和四核等性能各異的版本。

　　ARM的不對(duì)稱 big.LITTLE 系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展了多核理念，通過(guò)結(jié)合使用一個(gè)高性能的內(nèi)核（如Cortex-A15）和一個(gè)能效極高、采用相同架構(gòu)的內(nèi)核（如Cortex-A7），優(yōu)化所有處理負(fù)荷的能效。

　　最新的多核應(yīng)用處理器還集成了 DRAM控制器、ARM Neon媒體/圖形協(xié)處理器等外圍設(shè)備，以進(jìn)一步提升性能。

　　電源管理的演進(jìn)

　　當(dāng)雙核處理器于 2011 年進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，單核設(shè)備通常使用的電源架構(gòu)只經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)單的擴(kuò)展，以便通過(guò)通用供電軌為兩個(gè)處理器內(nèi)核供電。隨著多核路線圖的不斷演進(jìn)和四核處理器的問(wèn)世，并考慮到正處于研發(fā)階段的八核處理器以及更加復(fù)雜的未來(lái)處理器，我們需要能夠異常靈活地控制各個(gè)內(nèi)核的供電電源，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化能效的目標(biāo)。這需要異常復(fù)雜的電源管理架構(gòu)，將每個(gè)內(nèi)核單獨(dú)劃分到由一個(gè)穩(wěn)壓器供電的各自的電源域中（見(jiàn)圖1）。這種方法能夠使用較小的穩(wěn)壓器，降低最壞情況下的電流需求。

　　圖 1：將內(nèi)核劃分到不同的電源域中可實(shí)現(xiàn)靈活高效的電源管理。

　　推動(dòng)多核系統(tǒng)電源架構(gòu)發(fā)生改變的另一重要因素是40納米、32納米以及最近的28納米工藝的普及。 它們無(wú)法支持連接各個(gè)穩(wěn)壓器輸入端的5V電池電壓（VBAT），因?yàn)楦〉腃MOS需要更低的工作電壓，從而有效減少了所能施加的最大電壓。鑒于此，現(xiàn)在有必要將應(yīng)用處理器的電源管理功能遷移到一個(gè)單獨(dú)的器件上。

　　這與第一代移動(dòng)設(shè)備中所采用的方法形成了鮮明對(duì)比，后者通常將電源管理功能整合到應(yīng)用處理器中，形成一個(gè)芯片。

　　在芯片之外的一個(gè)單獨(dú)器件上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更加復(fù)雜的多穩(wěn)壓器架構(gòu)，這一趨勢(shì)正在催生新一代先進(jìn)的電源管理集成電路（PMIC）。

　　這些PMIC的特性和能力正在不斷演進(jìn)，目的是提升當(dāng)今消費(fèi)類移動(dòng)和多媒體產(chǎn)品中多種使用模式的能效。通常可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器，其中包括為處理器內(nèi)核和I/O（對(duì)于28納米處理器，它們可分別低至 1和2 V）、內(nèi)存IC和其它外圍設(shè)備提供低電壓的降壓穩(wěn)壓器。還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，為屏幕背光等LED燈串供電。此外，內(nèi)置的低壓差（LDO）穩(wěn)壓器還可用于為感應(yīng)器、LED 指示燈或電機(jī)等子系統(tǒng)供電。

　　各種電池充電功能也能得以實(shí)現(xiàn)，從用于為備用紐扣電池或超級(jí)電容器充電的幾毫安小型電源，到能夠連接墻壁充電器、USB 5-V 電源或車載充電器等各種電源的數(shù)控多模式鋰電池充電器。

　　此外，還可以實(shí)現(xiàn)用于監(jiān)視外部電壓和溫度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器等更多功能。不僅如此，片上電源監(jiān)控智能還能讓PMIC處理開(kāi)機(jī)/關(guān)機(jī)順序、重置和中斷處理等重要功能。這可以幫助設(shè)計(jì)人員提升系統(tǒng)的整體可靠性和能效。