Há cerca de 10 anos, poucas pessoas imaginariam que os nossos celulares seriam tão potentes e eficientes quanto muitos PCs de mesa. Os smartphones, atualmente, são praticamente uma extensão de nós mesmos. Eles não são apenas rápidos, mas as suas baterias duram praticamente o dia todo. Você já parou para pensar como isso é possível?
Um dos responsáveis por trás dessa façanha é um personagem pouco conhecido do público em geral. Estou falando da arquitetura big.LITTLE da Arm. Concebida para unir o melhor dos dois mundos, essa inovação consegue combinar alto desempenho com eficiência energética, permitindo que nossos smartphones, tablets e outros dispositivos móveis sejam simultaneamente poderosos e duradouros.
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Neste artigo iremos explicar em detalhes como funciona a arquitetura big.LITTLE e por quê esta é uma das tecnologias mais impactantes da história recente dos dispositivos móveis. Vamos começar!?
O que é big.LITTLE?
A tecnologia big.LITTLE é uma inovação em microarquitetura introduzida pela Arm, uma das líderes globais em soluções de processamento. Lançada em 2011, essa abordagem revolucionária foi projetada para lidar com um dos maiores desafios da computação móvel: como otimizar o desempenho do processador sem comprometer a vida útil da bateria.
A essência da tecnologia big.LITTLE reside em sua abordagem de “dois em um”. Em vez de confiar em um único tipo de núcleo de processador para todas as tarefas, a arquitetura big.LITTLE combina dois tipos de núcleos: “big“, para tarefas intensivas e de alto desempenho, e “LITTLE“, otimizado para eficiência energética e tarefas mais leves.
Em 2011 a Arm combinou núcleos Cortex-A15 (alto desempenho) com núcleos Cortex-A7 (eficiência energética). Só para você ter uma ideia, um processador com núcleos A15 e A7 combinados consome 40% menos energia do que o chip apenas com núcleos A15. E tudo isso mantendo o mesmo desempenho.
Em outras palavras, quando um dispositivo precisa executar aplicativos ou jogos pesados, os núcleos “big” entram em ação. Para tarefas mais simples, como checar e-mails ou navegar na web, os núcleos “LITTLE” assumem o controle, conservando energia.
Como trabalham os chips big.LITTLE da Arm?
O coração da tecnologia big.LITTLE é uma abordagem heterogênea, que significa que diferentes tipos de núcleos de CPU coexistem em um único chip, também conhecido como SoC (System-on-a-Chip). Essa coexistência é crucial, pois cada tipo de núcleo é otimizado para um conjunto específico de tarefas. Os chips big.LITTLE podem usar 3 tipos de núcleos. Além dos já citados “big” e “LITTLE”, há também os núcleos CXC.
Imagine que você está apenas lendo um e-book ou ouvindo sua playlist favorita. Para tarefas assim, que não exigem muito do processador, entram em cena os núcleos “LITTLE”. Eles são como os trabalhadores silenciosos nos bastidores, garantindo que tudo funcione sem consumir muita energia.
Agora, pense em um momento em que você está jogando um jogo com gráficos pesados ou gravando um vídeo em 4K com a câmera principal. É aqui que os núcleos “big” entram. Eles são projetados para lidar com tarefas de alta intensidade, garantindo que você obtenha o desempenho necessário sem travamentos ou lentidão.
Você pode se perguntar: como o dispositivo decide qual núcleo usar? A resposta está no sistema operacional. Ele age como um maestro, distribuindo tarefas para os núcleos “big” ou “LITTLE” com base na intensidade da tarefa. Essa distribuição é feita de forma tão eficiente que o usuário nem percebe a troca entre os núcleos.
Outra característica notável da tecnologia big.LITTLE é a forma como os núcleos se comunicam entre si. Eles são agrupados em clusters e interligados por uma interconexão especial. Esta interconexão permite que os núcleos transfiram dados de forma contínua e sem interrupções, garantindo que tudo funcione harmoniosamente.
Entendendo os núcleos de alto desempenho
Os núcleos “big” da Arm são projetados para oferecer um equilíbrio entre alto desempenho e otimização de consumo de energia. Um elemento chave que contribui para esta capacidade é o “pipeline”, que é basicamente a sequência pela qual as operações de processamento são organizadas e executadas.
O que diferencia estes núcleos é a habilidade de executar instruções em uma sequência fora-de-ordem. Isso significa que eles têm a capacidade de rearranjar dinamicamente as instruções do processador. Este método ajuda a evitar possíveis interrupções no fluxo de processamento, garantindo um desempenho mais ágil e eficiente.
Dentro da categoria de núcleos “big”, a Arm desenvolveu várias famílias. Algumas das mais notáveis incluem a série Cortex-A72x (A720), a série Cortex-A71x (A710 ou A715) e a série Cortex-A7x, que engloba modelos como o Cortex-A73 até o Cortex-A78.
Entendendo os núcleos de eficiência
Os núcleos “LITTLE” da Arm são especificamente projetados com ênfase na eficiência energética. Diferentemente dos núcleos “big”, o “pipeline” dos núcleos “LITTLE” opera com uma execução na ordem, também conhecida como “in-order”.
Isso significa que as instruções são processadas em uma sequência preestabelecida. Se qualquer instrução levar mais tempo para ser executada, isso pode resultar em um atraso para as instruções subsequentes.
Uma característica notável dos núcleos “LITTLE” é que eles tendem a operar com uma frequência de clock mais baixa em comparação com os núcleos “big”. Esta redução na frequência contribui significativamente para a diminuição do consumo de energia, tornando-os ideais para tarefas que não exigem alto desempenho, mas sim uma operação mais econômica.
Entre os modelos mais proeminentes de núcleos “LITTLE”, podemos citar o Cortex-A53, Cortex-A55, Cortex-A510 e Cortex-A520, cada um oferecendo diferentes níveis de eficiência e desempenho ajustados às necessidades específicas.
Entendendo os núcleos CXC
Os núcleos CXC, ou Cortex-X Custom, são amplamente reconhecidos por sua capacidade de lidar com operações de alta intensidade. Frequentemente referidos como núcleos “prime”, eles são especialmente projetados para tarefas que demandam um alto desempenho imediato, como, por exemplo, o streaming de vídeos.
Em comparação com os núcleos “big” e “LITTLE” (Cortex-A), os núcleos Cortex-X são maiores e, consequentemente, possuem um consumo energético superior. Alguns dos exemplares mais destacados dessa série incluem o Cortex-X1, Cortex-X2, Cortex-X3 e Cortex-X4.
Vale ressaltar que, antes da introdução dos núcleos Cortex-X, a Qualcomm já buscava otimizar o desempenho por meio de seus núcleos Kryo Prime. As versões iniciais desses núcleos eram fundamentadas nos núcleos “big” como o Cortex-A76 e o Cortex-A77. No entanto, a partir do Snapdragon 888, a Qualcomm começou a incorporar a arquitetura Cortex-X em seus núcleos Kryo Prime.
Tecnologia Arm DynamIQ
A tecnologia Arm DynamIQ trouxe uma sacada bem interessante para a arquitetura big.LITTLE. Ele integra os três tipos de núcleos (big, LITTLE e CXC) em um único cluster, visando otimizar a performance e adaptabilidade.
Tomando como exemplo a Unidade Compartilhada DynamIQ-120 (DSU-120), ela tem a capacidade de comportar até 14 núcleos distintos. Além disso, ela suporta até 32 MB de memória cache compartilhada entre todos os núcleos.
Conforme informações da Arm, o DynamIQ é eficaz em aplicações específicas, tais como processamento de inteligência artificial e experiências de realidade mista. Adicionalmente, essa tecnologia gerencia o gasto energético de maneira muito mais inteligente, trazendo um maior aproveitamento da bateria.
Vantagens da arquitetura big.LITTLE
Basicamente, podemos elencar as principais vantagens da arquitetura big.LITTLE em três fatores:
- Menor consumo de energia;
- Alternância inteligente entre os núcleos;
- Compatibilidade com vários sistemas operacionais.
Os chips com esse tipo de microarquitetura oferecem um excelente desempenho por watt e, consequentemente, economizam bateria.
Além disso, o mecanismo interno desses processadores é inteligente o suficiente para distribuir tarefas automaticamente. Normalmente, uma tarefa inicia em um núcleo “LITTLE” e, se necessitar de mais potência, é transferida para um núcleo “big”.
E o melhor de tudo? A versatilidade da tecnologia big.LITTLE. Ela é compatível com uma variedade de dispositivos, desde smartphones e PCs até veículos. E não importa o sistema operacional que você prefira – seja Android, iOS, macOS ou Windows – ela se integra perfeitamente.
Exemplos de chips com arquitetura big.LITTLE
Para você ter uma ideia da versatilidade da arquitetura big.LITTLE, basta notar que a maioria das grandes fabricantes de dispositivos móveis a utilizam em seus chips.
A Apple, por exemplo, utiliza os processadores Apple Silicon. Eles estão presentes em todos os Macs fabricados após a era Intel, bem como em iPhones e iPads. A tecnologia big.LITTLE foi adotada com o lançamento do Apple A10 Fusion.
Já o chip Qualcomm Snapdragon é comum em aparelhos Android. A Qualcomm começou a utilizar essa abordagem a partir do modelo Snapdragon 835. Por sua vez, o Samsung Exynos, encontrado em dispositivos Galaxy e em certos modelos da Motorola, aderiu ao big.LITTLE com o Exynos 5 Octa 5410.
A MediaTek, conhecida por equipar smartphones mais acessíveis e intermediários, adotou essa tecnologia a partir do chip MT6595. E, finalmente, o HiSilicon, que alimenta os telefones da Huawei, integrou o big.LITTLE com o Kirin 920. Em outras palavras, basicamente toda a indústria utiliza essa microarquitetura.
Intel também tem a tecnologia big.LITTLE?
Desde a 12ª geração do Intel Core, conhecida como Alder Lake, a Intel integra em seus chips núcleos de CPU voltados para alta performance e outros para eficiência, referindo-se a essa combinação como “arquitetura híbrida”. Vale ressaltar que o termo big.LITTLE é uma marca registrada da Arm, portanto, não pode ser utilizada pela Intel.
Os núcleos voltados para performance da Intel, chamados de P-cores, possuem um tamanho físico maior, alcançam velocidades mais elevadas e são capazes de realizar hyper-threading.
Já os núcleos voltados para eficiência, denominados E-cores, têm dimensões reduzidas, priorizam o desempenho por watt e processam uma única thread de software por vez.
Conclusão
A tecnologia big.LITTLE da Arm simplesmente revolucionou a indústria de dispositivos móveis, proporcionando uma combinação única de alto desempenho e eficiência energética.
Esta inovação, que combina núcleos de processamento “big” para tarefas intensivas e “LITTLE” para operações mais leves, permitiu que smartphones e tablets se tornassem mais potentes sem sacrificar a duração da bateria. A essência dessa tecnologia é a coexistência harmoniosa de diferentes tipos de núcleos em um único chip, otimizando o desempenho com base nas demandas do usuário.
Empresas líderes no mercado, como Apple, Qualcomm, Samsung e MediaTek, adotaram essa arquitetura, evidenciando sua relevância e impacto no mundo da tecnologia móvel. Além disso, a introdução da tecnologia Arm DynamIQ e a capacidade de integrar diferentes tipos de núcleos em um único cluster mostram a evolução contínua dessa abordagem.
Você já conhecia a importância dessa microarquitetura para os dispositivos atuais?
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