第19章：移动与边缘芯片互联

    ┌─────────────────────────────────────────┐
    │             M1 Max Die #1               │
    │  ┌─────┐  ┌─────┐  ┌─────┐  ┌─────┐   │
    │  │ CPU │  │ GPU │  │ NPU │  │ Mem │   │
    │  └──┬──┘  └──┬──┘  └──┬──┘  └──┬──┘   │
    │     └────────┴────────┴────────┘       │
    │              NoC Fabric                 │
    │     ┌────────────────────────────┐     │
    │     │    UltraFusion Interface    │     │
    └─────┴────────────────────────────┴─────┘
                        ║
           ╔════════════╬════════════╗
           ║  Silicon Interposer     ║
           ║  10,000+ connections    ║
           ╚════════════╬════════════╝
                        ║
    ┌─────┬────────────────────────────┬─────┐
    │     │    UltraFusion Interface    │     │
    │     └────────────────────────────┘     │
    │              NoC Fabric                 │
    │     ┌────────┬────────┬────────┐       │
    │  ┌──┴──┐  ┌──┴──┐  ┌──┴──┐  ┌──┴──┐   │
    │  │ CPU │  │ GPU │  │ NPU │  │ Mem │   │
    │  └─────┘  └─────┘  └─────┘  └─────┘   │
    │             M1 Max Die #2               │
    └─────────────────────────────────────────┘

Die #1 CPU ─┐                    ┌─ Die #2 CPU
Die #1 GPU ─┼─ Memory Controller ─┼─ Die #2 GPU
Die #1 NPU ─┘   （双通道）        └─ Die #2 NPU
              ↓               ↓
           LPDDR5          LPDDR5
          (400GB/s)       (400GB/s)

P_{signal} = C_{load} \times V_{swing}^2 \times f

链路状态机：
Active (100% BW) ←→ Low Power (50% BW) ←→ Sleep (0% BW)
         ↑                                      ↓
         └──────────── Quick Wake ─────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────┐
│          Snapdragon X Elite Package         │
│                                             │
│  ┌──────────┐    ┌──────────┐    ┌────────┐│
│  │ CPU Die  │    │ GPU Die  │    │AI Die  ││
│  │  Oryon   │←──→│  Adreno  │←──→│ Hexagon││
│  │  Cores   │    │  Cores   │    │  DSP   ││
│  └────┬─────┘    └────┬─────┘    └───┬────┘│
│       │               │               │     │
│  ╔════╧═══════════════╧═══════════════╧═══╗│
│  ║        System Fabric Interconnect      ║│
│  ╚═════════════════╤═══════════════════════╝│
│                    │                        │
│            ┌───────┴────────┐               │
│            │  Memory/IO Die │               │
│            └────────────────┘               │
└─────────────────────────────────────────────┘

E_{total} = E_{compute} + E_{interconnect} + E_{memory}

热量分布模型：
┌────────┐  高功耗
│  CPU   │  15W peak
└────────┘
     ↓
┌────────┐  中功耗
│  GPU   │  8W peak
└────────┘
     ↓
┌────────┐  低功耗
│   AI   │  5W peak
└────────┘

        ┌─────────────────────────────────┐
        │      Exynos 2400 SoC            │
        │                                  │
        │  ┌─────────┐     ┌─────────┐   │
        │  │Cortex-X4│     │  Xclipse │   │
        │  │  Prime  │     │   GPU    │   │
        │  └────┬────┘     └────┬────┘   │
        │       │               │         │
        │  ┌────┴───────────────┴────┐    │
        │  │    Samsung Coherent     │    │
        │  │    Interconnect (SCI)   │    │
        │  └────┬───────────────┬────┘    │
        │       │               │         │
        │  ┌────┴────┐     ┌────┴────┐   │
        │  │Cortex-A720│   │Cortex-A520│  │
        │  │Performance│   │Efficiency │  │
        │  └─────────┘     └─────────┘   │
        └─────────────────────────────────┘

BW_{allocated} = BW_{base} + \alpha \times Priority + \beta \times QoS_{requirement}

Input Data → NPU → Intermediate → NPU → Output
     ↑                  ↓                    ↓
  Memory             Cache              Memory

任务类型映射：

- 串行计算 → CPU大核
- 并行计算 → GPU
- AI推理 → NPU
- 信号处理 → DSP
- 后台任务 → CPU小核

Migration_{decision} = f(Load_{current}, Power_{budget}, Thermal_{state})

任务分解示例（图像处理）：
┌─────────┐   解码    ┌─────────┐  滤波   ┌─────────┐
│   DSP   │ ────────→ │   GPU   │ ──────→ │   NPU   │
└─────────┘           └─────────┘         └─────────┘
                           ↓                    ↓
                       色彩校正             AI增强

       ┌──────────────────────┐
       │   Unified Memory      │
       │   ┌──────────────┐   │
       │   │ Zero-Copy    │   │
       │   │ Buffers      │   │
       │   └──────────────┘   │
       └─────┬────┬────┬──────┘
             │    │    │
           CPU  GPU  NPU

Prefetch_{timing} = T_{compute} - T_{transfer} - T_{overhead}

          应用层调度器
               ↓
          系统级调度器
          ↙    ↓    ↘
     CPU调度  GPU调度  NPU调度

总功耗预算: 5-8W
├── CPU: 2-3W (35-40%)
├── GPU: 1.5-2W (25-30%)
├── NPU: 0.5-1W (10-15%)
├── 互联: 0.5-0.8W (8-10%)
├── 内存: 0.8-1W (12-15%)
└── 其他: 0.5W (5-8%)

f_{next} = f_{current} \times (1 + \alpha \times \frac{Load_{predicted} - Load_{current}}{Load_{current}})

独立执行：Wake → Task1 → Sleep → Wake → Task2 → Sleep
打包执行：Wake → Task1 + Task2 → Sleep
节省功耗：ΔP = 2 × P_wake - P_extended_active

休眠状态转换：
Active → Idle (1μs) → Light Sleep (10μs) → Deep Sleep (100μs) → Off

if T_junction > T_threshold:
    降频因子 = (T_max - T_junction) / (T_max - T_threshold)
    f_new = f_current × 降频因子

热量感知调度：
┌────┐ 85°C  迁移   ┌────┐ 65°C
│CPU0│ ──────────→  │CPU1│
└────┘              └────┘

T_{predicted}(t+Δt) = T(t) + \int_{t}^{t+Δt} (P_{dissipated} - P_{removed}) / C_{thermal} dt

硬件设计 → 芯片制造 → 系统集成 → 软件优化
    ↓           ↓           ↓           ↓
 自主控制   TSMC独占   紧密配合    OS级优化

       ┌──────────────┐
       │  Chiplet库   │
       ├──────────────┤
       │ • CPU CCD    │
       │ • GPU GCD    │
       │ • IO Die     │
       │ • Cache Die  │
       └──────┬───────┘
               ↓
         灵活组合
               ↓
    ┌──────────┴──────────┐
    │                     │
 消费级产品          企业级产品

Cost_{monolithic} = \frac{Wafer_{cost}}{Dies_{per\_wafer} \times Yield}

Yield = (1 + \frac{Defect_{density} \times Die_{area}}{α})^{-α}

// 开发者视角：单一处理器
processor_info_t info;
get_processor_info(&info);
// cores: 20, memory: unified 128GB
// 无需考虑NUMA或chiplet拓扑

// 开发者需要NUMA优化
numa_node_t nodes[MAX_NODES];
get_numa_topology(nodes);
// 需要考虑：
// - 内存亲和性
// - 跨CCD延迟
// - 缓存一致性开销

未来架构预测：
     ┌─────────┐
     │ Memory  │  ← HBM/Cache
     ├─────────┤
     │Compute  │  ← CPU/GPU/NPU
     ├─────────┤
     │  I/O    │  ← 5G/WiFi/USB
     └─────────┘
   垂直互联 (TSV)