在這篇文章中，我們將探索MIPS軍工級I級I6500 CPU處理器的異構設計如何大幅提升性能及降低功耗。

高性能處理器通常使用深度多指令執行、分支預測及無序處理等技術以使性能最大化，但這卻可能會影響功效。

如果其中一些任務是并行的，隨之便會在一系列CPU中進行分區，這樣便可以提供高性能高效的方案。為此，CPU供應商提供了多核集群，操作系統和應用程序開發人員則設計了相關軟件以開發這些功能。

采用多線程

即使采用無序執行，通常的工作負載使得CPU將大多數時間花在等待內存系統的訪問上。新引入的MIPS I6500支持多線程，即每個線程作為單獨的處理器出現在軟件中。根據不同的應用程序，添加第二個線程至CPU中時，通常10%的面積需要總體性能提升40%。MIPS I6500可以容納6個CPU，每個都有4個線程，這樣就不必在單個集群中運行24個線程。

MIPS I6500集群添加了對系統層硬件相干性的支持，并使用AMBA ACE添加接口至系統中。AMBA ACE是一個一致性總線接口，可以兼容最常用的相干NoC產品，如 NetSpeed公司的Gemini及Arteris公司的Ncore。有了NetSpeed Gemini 產品，64 MIPS I6500集群將可以連接高達384個處理器，運行1536個線程，這著實令人驚嘆。

對于許多消費產品，其所需的處理性能隨著時間的推移可能會有很大的差別。通常，它們只是偶爾需要峰值性能。大多數的時間卻只需要較低的性能，而這通過使用一個更簡單更高效的處理器大幅降低總功耗便可以實現。

信息共享

將任務從一個處理器移至另一個處理器需要每個處理器可以共享相同的指令集及系統內存信息。這通過共享虛擬內存(支持向量機)便可以實現。程序中的任何指針必須繼續指向相同的代碼或數據，且初始處理器中任何不良緩沖必須讓隨后的處理器可見。

維持處理器之間的緩存一致性

緩存一致性可以通過軟件管理。這要求最初的處理器(CPU A)在傳輸任務至后續處理器（CPU B）之前沖刷主存儲器的緩存。CPU B從主存儲器中獲取數據和指令。這個過程可能生成許多內存訪問，因此將耗費時間和功率。訪問主存儲器所需的功率比獲取緩存時的功率高一個數量級，所以這種影響還將被放大。為了解決這一問題，I6500 CPU集群支持硬件緩存一致性，以將功耗和性能成本降至最低。

在使用I6500集群的系統中，當一個任務從CPUA傳輸至CPU B中時，CPU B將訪問駐留在CPU A中的本地緩存線路。硬件緩存一致性將跟蹤這些緩存線路的位置，并在必要時窺探緩存情況，以確保訪問數據的正確性。

I6500集群的另一個優勢是可以在集群中被發現。在典型的異構系統中，高性能處理器駐留在一個集群中，面積更小更高效的處理器駐留在另一個集群中。在這些不同類型處理器之間進行任務傳輸時，新處理器第1層和第2層的緩存都是非激活的。要激活這些緩存需要一定的時間，并需要先前的緩存層在過渡階段仍然保持活躍。

MIPS I6500是不同的。我們稱這種差異性為“異構內置”，這意味著I6500支持異構混合類型的處理器，允許高性能和功率優化處理器處在同一集群中。將任務從一種類型的處理器傳輸至另一類處理器中將更有效，因為只有第1層緩存是未激活的，窺探上一層緩存的成本降低，因而過渡時間變得更短。

CPU配置專用加速器

CPU是通用的設備。其靈活性使其可以處理任何任務，且任務處理具有成本效率。而PowerVR GPU能夠高性能高效率地處理更大且高度并行的計算任務，其代價是靈活性相比CPU則較為降低，但其同時支持良好的軟件開發生態系統環境如OpenCL。

專用硬件加速器的專業化又有效地融合了多種性能，其性能效率相比CPU又高出了幾個數量級，不過相應地靈活性則大為降低。

不過，多次使用加速器操作可以將潛在的性能和功效最大化。專業計算元素如音頻和視頻處理以及機器學習中使用的神經網絡處理器使用了相似的數學運算。此類操作使用最為廣泛的是向量點積(每向量中對應元素產品的總和)。配置在CPU上的專用加速器使用此函數則可以顯著地提高性能并節省功率，同時又保留了CPU的靈活性。