微處理器巨人的左勾拳 – 媒體處理器
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2009-02-17 00:00
前言:
長達30餘年在微處理器,爾後又在晶片組上一路過關斬將的CPU巨人,在PC戰場打了一記漂亮的快速右勾拳,打遍天下無敵手,競爭對手幾乎個個鼻青臉腫。HD的時代來臨,網路親和性高的數位家電,是其再度出招的目標。這道勇猛的左勾拳就是媒體處理器。當巨人喊出「I Love TV!」的口號時,池塘中又多出了一條大魚,數位戰役之高潮好戲情節就要登場了。
先來一個腦筋急轉彎,提醒工程技術人員多培養「感性」多一點。過度理性的科技業,造出的產品就是冷冰冰、硬梆梆,設計沉悶的形象。這樣做法有點違背世界風潮。多多提升藝術養分與美感含量,對技術人來說,是讓自己武功更上層樓的秘訣之一。秘訣之二就是創意,但是易於複製,最好是無敵秘訣-創新。
底下這張圖片究竟是什麼東西?看看閣下是否能夠在短時間答出正確答案,試試自己的想像力空間吧!
這是加拿大廠商Suissa Computers所設計的個人電腦。人與物親和性(親密性)的建立理念,突破僵硬的刻板印象。工業設計達一定的水準,思想確立PC平台係組件模組化(主機板、光碟、硬碟等)之後,思維下的建築架構。
話說往事:
閣下您也許難以相信,微處理器的巨人英特爾,早期是做記憶體的。只是覺得打不過競爭對手,在「設計思想」上做了轉變,具焦在處理器上的發展。由於「技術經營MOT(Management of Technology)」做的相當成功,即使曾經在RDRAM推廣的路途上摔了一大跤,卻無多大礙事。從1971年的4004,一路8008/8088/8086/8088/80186/80286/80386/80486/Pentium/Pentium II/Pentium III/Pentium 4…,到今日依然在半導體製程進化下向前走。PC的步調緩和下來,然而,Atom處理器又拉拔了Mini PC(NETTOP、NETBOOK)的熱潮,Acer、東芝、HP、Dell,聯想Lenovo等都陸續推出超輕量級的筆電。今年,台灣資訊月的火紅焦點,就是在此。
「Intel Inside」的行銷戰略加上技術力,的確讓巨人成為街頭小霸王。
雖然在晶片組上攻城掠地,但是,英特爾還是有慘敗的事例。比如說,除了RDRAM推廣失敗之外,試圖用它的PXA產品線進攻手機行動市場也招致失敗,最後該處理器的產品線還賣給了Marvell公司。崁入式應用的確是出師不利。不過,Atom處理器採用英特爾先進的45nm製程與high-k金屬閘極技術。每一矽晶粒(die)中則含有4700萬個電晶體。此顆處理器打中消費者心中的渴望,售價算不貴又可跑XP/Vista的機器。
PC Magazine膺選英特爾的Atom處理器(N270/230),在處理器項目為第25屆傑出技術獎。沒多久,雙核心Atom處理器(N330)也問世了。無論是崁入式應愈還是開方式系統,企圖雙吃。
注:2008年12月9日,英特爾發出新聞稿宣稱已經完成32nm製程的開發。Intel向來慣用一個名為「滴答模型」(Tick-Tock Model)的招式,也就是讓Intel維持科技領先地位的CPU發展戰略。也就是該公司MOT技術經營的方針。其概念是這樣的,每次一個新製程技術出現時,就先用「舊架構+新製程」推出一代過渡性產品,稱為「Tick」,可以最快速度搶下市場領先地位。接著等到技術成熟,再推出「新架構+新製程」的完整產品,這就是「Tock」。
不過,對於消費者來說,先買的心理會不爽。而且老招可以一用再用的萬靈丹嗎?
也是因為Atom處理器的出現,帶動了NETBOOK與NETTOP的一股風潮。而Acer在日本地區強壓地頭蛇東芝/富士通/NEC等,2008年2H被當地消費者榮選為Mini PC最具魅力的製造廠商,值得讚賞。加油!
從這一連串歷史的變遷史,我們終於看清楚技術是要去細心經營的,而且設計思想的確立,必須符合消費者內心的渴求,才能獲得掏錢消費者的青睞。
注:根據市調公司Gartner於2008年12月所公佈該年度十大半導體的資料,僅有Intel、Qualcomm、NEC正成長。英特爾連續17年蟬聯首位。其動向有指標性的參考價值。
第三變革期擴大版圖的武器:
英特爾如今朝向數位家電,以其SoC系統晶片的高度整合功力,開發代碼Canmore的「Intel Media Processor」,編號CE 3100。採用 65 奈米製程並內建1億5千萬個電晶體。
在2008英特爾技術論壇IDF上,大談嵌入式網際網路(Embedded Internet)的新興市場,諸如數位電視、STB機上盒、硬碟錄影機、光碟機等,都在其視野內。
該處理器的最大特徵,乃在於採用了與PC微處理器一樣的命令集、IA(Intel Architecture)架構,而且,納入實現網路家電所必要的機能。
注:其實,英特爾於2007年就針對STB,開發出CE 2110的媒體處理器系統晶片;係以強大的1GHz Xcale為核心,可進行高效能運算處理,並提供高解析視訊與互動式功能。不過,算是不成功的案例。
另一個特徵是提供重視利用網際網路存取內容與服務的軟體框架「Widget Channel」。所謂「Widget(專用界面工具)」,是一種網路應用程式,可跳脫網路瀏覽器,享受網路世界裡的種種服務,應用在電腦時,這些Widget會以各種圖案為代表,出現在電腦上,不必開啟瀏覽器,就可點選事先設定的Widget,查看股票行情、氣象等等網站所提供的服務資訊。而雅虎Yahoo與英特爾合作的這項服務,則是將Widget移植到電視螢幕的角落。如此的策略,無非是要提升開發效率,延展網路內容的服務。
注:其實,恩智浦半導體(以前的飛利浦半導體)很早就推出TriMedia多媒體處理器,此類型的處理器多半具備有VLIW架構,可加速多媒體視訊的運算。不過是強調信號處理功力,沒有涉及到Internet的存取架構。
從類比轉數位,是第一變革期。網際網路接續世界是第二變革期。爾後,數位家電因應環境生態則是第三變革期。英特爾使用「Consumer Electronics 3.0」來稱呼,投入CE 3100整合晶片SoC的研發。目標是網路家電領域,範圍很廣,想的到的STB、光碟機、數位電視、HDD錄影機等,皆是該公司要參入的機會點。此類產品必須兼顧瀏覽網際網路內容的柔軟性以及高度的畫像處理能力。前者的因應方案就是搭載IA架構的處理器,後者則是納入網路家電取向的最先端機能。
以網路家電的定位來說,依據判段須具備有底下三個基本機能:
. HD高畫質動畫處理能力。
. 家庭劇院並列的音質再生。
. 先進的3D圖像呈現。
HD等級高畫質視訊(Video)以及音頻(Audio)的解碼需要比較多的計算量,使用專屬的硬體加速器;而標準畫質的視訊之解碼,只須依靠微處理器的性能以軟體解碼的方式綽綽有餘。更具體的來說,諸如MPEG2、H.264、VC-1等標準規格的壓縮格式,用硬體的對策。而其他以外的視訊壓縮格式用軟體來因應。
注:VC-1乃是微軟所開發動畫壓縮方式Windows Media Video 9規格化的編碼方式。2007年Windows Media Player 11之後,有內建VC-1解碼。
比較奇怪的地方是有些日商出品的DVD播放器,卻往往加入DivX機能。也許是地區性的使用差異性吧。
至於音頻方面,由於壓縮方法以及環繞技術實在是太多種多樣化,採用專用DSP數位信號處理器來對付,好處是可以與未來新的任何標準規格都可對應,同時開發時間得以短縮,電力效率特性也比較卓越。消費者的視聽體驗範圍廣。
CE 3100的泛用處理器核心,係採用多年以前搭載於筆記型電腦的Pentium M,2次快取256KB,是一低消耗電力型的處理器核心。動作頻率800MHz,擔當晶片的全體協調、電子節目表的使用介面、Internet的內容與服務、局部媒體的管理檢索等任務。
認真說來,真正低消耗電力的處理器核心,該是首推Atom處理器,為何沒有採用。答案很簡單,就是開發時期的考量。其實,開發代碼「Sodaville」的產品就是使用45nm製程、high-k金屬閘的SoC晶片。2009~2010也許就可以見到。
注:DirectFB係德商Convergence所推動的Open Source,建構於Linux Framebuffer Device之上的新圖形標準。定位於中高階繪圖應用、遊戲、STB以及MHP(Multi-media Home Platform。
注:「OpenGL ES」是以跨平台電腦繪圖API「OpenGL」子集合為基礎,以應用於可攜式裝置、家電或遊樂器等嵌入式系統為主要訴求而制定的新一代 3D繪圖API。
注:OpenVG係Khronos集團所開發的開放性向量圖像API規範,2005年8月1.0版;2008年12月1.1版。可從http://www.khronos.org/registry/vg/網站來取得技術規格。
網路家電特徵取向的機能單元對應MPEG2、H.264、VC-1是很基本的;能夠同時解碼兩個1080p的視訊信號才是特點。如此一來,實現母子畫面PiP(Picture in Picture)就容易多了。數位放送、IPTV的接收,由於有三通道的DDR2記憶體,頻道(通道)的切換就可高速進行。
視訊解碼器不單是用於一般的再生播放,還可以實踐所謂的竅門模式(Trick mode),用來逆再生或是含聲音的快轉等。
「GMA500 with 2D/3D capability」的圖像處理單元,負責2D/3D圖像的處理。2D處理器描繪使用者介面等圖像與文字處理,支援DirectFB與OpenVG 1.0;能夠進行視訊縮放(Scaling)的解析度變換。3D處理器對應Shader Model 3,最多可以每秒描繪1300萬個Polygon。GMA500係採用英商Imagination Technology的PowerVR SGX535之IP核心。
PowerVR SGX535支援兩個泛用多執行緒雙可縮放遮影器架構(Multi-threaded dual universal scalable shader),用來像素/頂點處理,區塊(Block)傳送、Alpha-blending、反鋸齒(Anti-alliasing)等,以硬體來實現。在家電的世界裡,使用如GMA500圖像處理核心般的場合並不多見,多數的家電廠商是以2次元的的圖像使用者介面就認為足夠有餘。然而,若是電視上了網際網路,所處理的內容媒體種類繁多,使用3D圖像的場合會增多,也許會從遊戲、KARAOKE開始也說不定。因此,CE 3100能夠對應OpenGL ES 1.1/2.0,是高度的圖像處理機能。
依據CE 3100對於影音串流的處理流程來看,視訊(Video)與圖像(Graphic)兩者的處理是等價的對待。而該兩種類的輸出的合成擔當角色就是「顯示控制器」,亦即方塊圖中的「Video Output Composition」。視訊解碼器的輸出先送往顯示處理器,執行畫質的改善,然後再透過5枚描繪Plane之一來輸出。其中,顯示處理器對於畫質的改善,機器開發者是可編程的(Programmable)。例如說,輸入的畫像是交織掃描(Interleave)的形式,可以藉由IP轉換成動態的循序掃描(Progressive)。同樣地,膠片的動畫也能夠3:2 Pull-down變換。而顯示處理器能夠以10位元的精度來輸出1080p的動畫。為了降低畫像的雜訊,備有9 tap的128相位濾波器。當將影像從SD轉換成HD時,可以發揮降低輪廓有鋸齒狀的情形。
圖像處理器的輸出也是相同的5枚描繪Plane之一來輸出。而顯示控制器正是組合該5枚描繪Plane,基於Alpha-Blending的資訊,結合後而輸出的;其中,Alpha-Plane最大有2枚(8位元)。每個組件10位元的精度輸入,變換為36位元的RGB、YCbCr等格式。
注:常見的色空間有RGB與YUV。常見的視訊格式有:
CE3100除了信號的解碼,尚備有著作權管理專用的處理器。安全性(Security)處理器擁有兩個SmartCard(ISO7816)的介面,可對應AAC(美國纜線電視、日本MULTI2、Blu-Ray光碟)等主要加密處理。加密鍵可以當硬體鍵(Hard key)來保存,安全性處理器的起動區塊也可以加密。因此,能夠實現信賴性高、高性能的加密處理。
一旦安全性處理器許可再生,傳送(Transport)處理器與安全性處理器各自獨立,即時進行傳載串流(TS)的加密解讀處理。可以同時處理四個TS。所能夠支援的TS,計有DVB、ATS、ARIB、MPEG-2、OCAP、DirectTV等。此處的TS會區分為視訊或是音頻的ES(Elementary stream),然後再送往視訊解碼器或是音頻DSP。
音頻的處理,有兩個可編程的DSP,可以實現高品質家庭劇院7.1聲道的環繞效果。
注:OCAP(Open Cable Application Platform)係美國雙向CATV電纜電視的基盤。也就是iTV(Interactive TV)的Middleware規格。
注:DirectTV係美國最大的數位衛星放送。
注:ES(Elementary stream),是指經過壓縮後的節目內容Audio ES,Video ES。
以上所言乃是任何打入數位家電市場必要的東西。而CE 3100真正最大的衝擊該是Internet網路存取的構造。英特爾與Yahooo所共同開發的「Widget Channel」,於IDF 2008上發表。「Widget Channel」乃是建立在Linux上的Widget執行環境。此處的Widget(無仿視為附件用的小軟體)是指HTML、JavaScript、Flash等數位家電網路接續的小程式。
利用Widget Channel的好處是讓電視更富有魅力,數位平面電視的發展在拼尺寸、拼薄型化已經到了幾乎無計可施的地步,CEATEC 2007/2008、CES 2008上廠商的陣勢,很明顯大家轉向投入拼省電力的方向了,節能減碳是當正夯的綠色環境議題。那下一步呢?焦點是如何讓電視變得更有趣、更好玩。在此前提下,當前較為可行之道當然是電視上網了。Widget Channel有三種方式讓Widget顯示在畫面上。
之一,於畫面下出現多數個Widget,所謂的月台(Dock)方式。
之二,畫面左側出現一個Widget的方式,是側邊列(Sidebar)的方式。
之三,一個Widget佔有全銀幕的方式。
全銀幕狀態下,使用者介面依然有效可以動作。從Widget Channel遷移到入口服務網路(Service Portal),做您想做的事情。也可以將通常用到的入口服務崁入到Widget中。那麼正在看電視的消費者,就可以知道到著的電子郵件或即時訊息。電視與Widget Channel可以同時出現在畫面上。
依據官方資料,「Widget Channel」與「Yahoo! Widget」相容性高;光是電腦用的Widget就超過了4000個。又公開提供了API,對於開發效率以及未來廠商因應消費者屬性來開發客製化的場合也是可以的。
一個安裝有「Widget Gallery」管理軟體的機器,會負責控制Widget的執行。由於機器廠商不見得要用Intel標準的Widget,而使用者所需要期望的也未必是標準的Widget。因此,外部的「Widget Gallery Service」可以是利用Intel的標準Widget,或是轉移到機器廠商的自行管理方式,擁有獨自的使用者介面。透過「Widget Gallery Service」的方式,可以一元化認證、管理安全又確實的Widget。
CE 3100對於機器開發者的另一項貢獻,就是為了提高開發效率所提供的開發工具以及中介軟體(Middleware)。
使用IA核心的好處,是過去累積經驗與人才足夠,開發效率高。比如說,在Linux上以C語言所開的使用者介面或是媒體再生,很容易移植到IA處理器核心上。
CEATEC 2008,Sharp製造的Smart Phone「WILLCOM D4」,乃是利用了美商UIEvolution所提供的UIEngine,化身為智慧型遙控器,來控制CE 3100。
注:CENTRINO ATOM之Logo出現半年後已經消失。
總之,不難預期CE 3100只是個前哨軍;英特爾的拿手好戲是Atom製程(或是更先進)的處理器才是真命天子。IPTV會不會成為未來電視破壞王,很難猜。若是未來的電視機也來個「Intel Inside」,那電視廠商實在也僅能怪自己太不爭氣了。
[ 參考資料暨延伸閱讀:]
1. http://www.suissacomputers.com/。
2. Intel Media Processor CE 3100 Product Brief。
3. http://www.hkepc.com/。
4. http://www.intelconsumerelectronics.com/Download/320307-003US.pdf。CE 3100。
5.http://www.kumikomi.net/article/report/2008/43idf/01.html.IDF 2008。
6.http://www.microsoft.com/japan/windows/windowsmedia/forpros/events/NAB2005/VC-1.aspx。VC-1。
7. http://jserv.sayya.org/embedded/directfb-intro.ppt。DirectFB。
8. http://tttt-note.blogspot.com/2008/12/opengl-es.html。OpenGL ES。
9.http://www.khronos.org/developers/library/tokyo_04_2005/Nokia-Sun_OpenVG-Introduction-Japanese.ppt#1,OpenVG。
10. http://www.khronos.org/registry/vg/。OpenVG規格。
11. http://www2a.biglobe.ne.jp/~gonta/bt656.htm。ITU-R BT.656。
12. http://blog.itvt.com/2008/10/06/intel-and-yahoo-to-launch-widget-channel/。
13. http://www.uievolution.com/。
14. 日經電子繼日經網,http://techon.nikkeibp.co.jp/。
15. 未來電視破壞王,陳乃塘。