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高弹性与低功耗 嵌入式显示芯片设计最佳化

2018/03/06 - 尤嘉禾

显示器的支持一直是嵌入式领域重要功能,包括Thin Client、数码看板(Digital Signage)、工厂自动化...等系统,都需要一定程度的显示技术,因此嵌入式市场向来不乏各类型显示设备与相关元件,不过随着市场的改变,传统的嵌入式系统显示芯片,已难以满足系统厂商需求,现在的市场在功耗与弹性架构等方面,都有更高要求。

慧荣科技(Silicon Motion)显示芯片产品行销协理李祥贤指出,画面显示是嵌入式系统的主要功能,现行市场上USB Display的产品也多,不过目前这类型的显示芯片产品,主要的运算多由系统中的CPU负责,由于显示器的数据量庞大,对仍须处理其他输出入数据的CPU来说,会造成相当高的负担,不但有可能因此延迟整体系统的速度,功耗也会大幅提升。

要解决此一问题,可从显示画面的自我调整设计着手,李祥贤以慧荣科技的SM768芯片为例指出,SM768芯片导入了该公司的内容自我调整技术(Content Adaptive Technology;CAT),这类型技术是透过不同的压缩/解压缩方式,除了标准的Motion JPEG外,另外两种则是慧荣科技自行开发的演算法,此技术会在不同演算法之间,进移动态切换,也就是依据画面的内容,弹性调整处理模式。

此一技术的优点在于降低了20%~65%的CPU使用率,而由于所搭配的芯片与一般市场上多采用ASIC(特殊应用IC)不同,采用了系统单芯片(SoC),因此在弹性方面也有所强化,另外由于USB Display因需要压缩/解压缩的演算过程,CAT则直接将原始压缩格式传送到显示芯片上进行解码,不再像过去都由CPU负责。

SoC架构更具弹性

目前会有这类型需求的应用,主要以Docking station(扩充功能埠),用以连接笔记本电脑的周边设备如屏幕、打印机、键盘等,另一种则是简易的USB Dongle(外接传输器),用以外接多台屏幕或其他规格标准设备,扩张电脑的显示能力,补足了以往PCIe界面无法支持的缺点。李祥贤进一步指出,过去多PCIe的设计必须将同等数量的CPU并列,且距离不能过远,在此状况下设计自然受限,透过USB或网络,则设计弹性会高出许多。

在升级方面,由于采用了SoC架构,内部已有一颗ARM的处理器,另外也内建了专用的解压缩硬件,这些功能也保留了未来面对更高端析度内容升级空间,例如要处理4K影像,只要复制解压缩单位,并不需要重新设计原本的ARM架构,即可满足需求,而现行的ASIC作法要处理4K影像,则线路必须全部复制,在此状况下,功耗势必会成数倍成长,就此来看,SoC架构会是较佳设计方式。

虽然IT产业的显示技术已日渐成熟,不过要跨足到嵌入式系统的显示芯片设计仍然不易。李祥贤认为嵌入式系统的需求较为特殊,而且显示芯片的设计经验必须透过长年累积,他以慧荣科技为例指出,业界对该公司的认识多半为快闪存储器控制芯片供应商,不过慧荣科技当初成立是以绘图芯片起家,虽然后期快闪存储器控制芯片占出货大宗,不过绘图芯片未曾停止研发,这领域设计时常会碰到其他厂商的专利限制,慧荣科技在这部分则是以过去累积的庞大研发能量为后盾,未来则会持续深耕此领域,协助系统业者推出更高CP值的嵌入式产品。


图说:慧荣产品协理李祥贤表示,内容自我调整技术能大幅降低系统功耗并提升显示效能。


图说:SM768显示芯片提供4K超高分辨率及低功耗的解决方案。