高分辨率发烧 移动设备多核GPU应用成趋势

针对移动设备设计的SoC产品，已逐渐导入多核心GPU来强化产品整体性能表现。Samsung

随着高分辨率、3D内容应用持续增加，智能移动设备在系统设计导入多核心GPU的趋势也逐渐成为主流，若是仅使用双核心的GPU来处理繁重的图像运算工作，芯片效能已显得有些捉襟见肘，利用多核心整合之GPU设计不只可提升产品的使用体验，还能因应未来内容提供最佳展演效果...

不只是大型屏幕的电视、平板电脑都开始导入高清晰、3D影像呈现等应用内容，在智能移动电话也开始导入超越双核架构的多核GPU设计方案，因为仅靠单核或双核的运算效能，虽可勉强达到应用要求低标，但对于1080p甚至于3D影像支持，势必须要使用多核架构之GPU来强化高清多媒体内容的呈现效果。

New iPad Retina技术 考验显示架构设计

观察产业趋势可以发现，在现有市售产品中，多核GPU应用趋势正扑天盖地的攻占移动设备的显示设计方案，像是Apple产制的iPhone 4s、New iPad等，甚至是新一代号称搭载Retina技术的MacBook Pro，显见在移动设备上所装载的显示屏分辨率，已经有超越常规的倍数增长，此类超高分辨率的屏幕设计方案，也代表着系统的SoC所整合之GPU性能，必需能跟上显示面板的高分辨率要求，以达到最佳化的视觉、效能设计平衡。

观察New iPad超高分辨率屏幕的配套设计方案，即可看出移动设备朝向超高分辨率发展的必然趋势！New iPad平板电脑在搭载视网膜屏幕时，已将自己的高分辨率设计导入方案中，从前代设计的1024×768像素方案，一口气拉升至2048×1563与像素、密度达264ppi的高规格，以提升消费者在进行多媒体娱乐时的使用经验。而原始设备制造商(OEM)为提升高分辨率画质体验与强化3D运算效能，亦将同时带动移动设备多核心GPU的市场需求。

高分辨率应用趋势冲击系统开发思维

在高分辨率应用趋势下，可能会冲击到以前以「CPU」为开发重点的设计思维，尤其是在移动设备，一般为了提升整体效能，多数会把设计重心放在提升CPU效能设计方案，GPU并非考量重点，但面对硬件屏幕的分辨率倍数提升，2D、3D影像的解码、呈现运行负荷，已经使得现有的GPU负载大幅增加，甚至成为整体效能的关键瓶颈。

而移动设备中，为了达到设计微缩与省电目的，大多会采行系统单芯片(SoC)的设计方案来架构系统，而SoC的处理负荷势必只会更为沉重，至于影响整体多媒体、视听应用的技术关键，即在GPU身上，设计方案必需有效纾解图像处理的沈重负荷，让CPU维持高效能状态随时因应处理触发事件与指令，至于影像呈现部分则转由多核心GPU处理，不只分散SoC运算处理工作，减轻CPU的运算负荷，也能有效降低SoC的能耗与温度，达成移动设备的省电设计目标。

移动应用需在有限资源 满足最大化的显示器支持

以移动设备的GPU设计方案PowerVR系列GPU矽智财(IP)为例，Imagination的PowerVR G6230/G6430可因应二丛集与四丛集架构来进行SoC功能整合，整合最佳化绘图效能设计方案，尤其因应硬件的超高分辨率屏幕设计导入需求，设备的影音体验与3D游戏呈现效果，因为导入的GPU方案不同，也会直接左右终端产品的效能体验。

尤其是在高端GPU整合方案部份，GPU核心已开始采行28nm前卫制程，来开发GPU核心，入门与中端产品开始采行双核心设计方案，至于高端或是整合3D内容播放的产品设计，则势必需搭载最新颖的四核心GPU设计方案，甚至直接跳跃升级至八核心方案，来进一步提升产品运行超高分辨率内容的应用效能。

但随着移动设备所使用的GPU核心数逐渐增加，这也会造成产品所使用的SoC面积出现越来越大的设计困扰，因为移动设备必需尽可能压缩设计面积与产品厚度，SoC碍于追加更多核心，最终料件面积肯定会增加不少，加上目前双核、四核已成为主流，但发展至超越八核以上的设计方案，SoC的面积将会形成新的产品开发瓶颈。

GPU核心数增加 连带影响SoC元件面积

虽然在SoC内透过多核心功能IP的增加，即可达到多核应用需求的设计目标，但实际上先前也有提过，每个GPU核心仍会占用一定程度的IC载版面积，现阶段应用观察在整合2~4核应用GPU并不会出现问题，但在超过4~8核或更多时，就很可能因为GPU核心的面积占用使得SoC的体积变大，尤其在移动设备内部载板空间本来就相当吃紧的限制下，追加核心的设计方案必须重新思考。

延续前述，当SoC所导入的多核GPU架构后，GPU可以轻易获得超过1TFLOPS的运算效能，即便因应如Retina技术超高分辨率屏幕设计方案时，还有足够的运算性能因应如子母画面、3D内容显示的繁重图像解码与运算。

除GPU的性能问题外，GPU设计方案也必须同步搭配因应未来高清内容的视讯解码器、编码器设计方案，尤其在面板分辨率提升、呈现的色深度升级的前提下，旧有的视讯编？解码器势必会出现效能上的瓶颈，设计方案必须改良现有的视讯编？解码器，或是应用新一代的设计方案，来因应HD/Full HD甚至是Ultra HD的内容应用需求。

至于面板技术的精进，也会造成多核GPU与之搭配的视讯编码器必须同步升级，例如，新颖的AMOLED显示屏，具备可自发光、超薄的材料优势外，其实AMOLED屏幕的色彩呈现能力与液晶面板对比，在规格面已远远超越LCD材料方案，面对这类新颖的显示元件时对应的视讯编码器亦必需同步提升，提供如10bit甚至超越10bit以上的设计方案，色处理能力也必须支持超过10亿种色彩，才能充分发挥新的显示材料优势。

因应面板的升级，在多核GPU的加持下，透过运算效能的提升虽可在2D显示应用达到最有效的升级，但实际上若是在现有最热门的3D应用娱乐内容方面，则必须搭配如嵌入式系统对如OpenGL ES之类的3D加速进行整合与最佳化设计，来让终端产品的3D显示能在大屏幕或超大屏幕分辨率的展演画面，维持最佳化的3D影像实时渲染与建模呈现。

但移动设备的3D效能提升方案会比单纯的2D视讯强化要复杂许多，因为更大的屏幕或是分辨率更高的画面呈现，同时也代表着3D画面需渲染得更精细才能达到同步提升的效果，而3D画面要更趋精细真实，代表着影像必需同时实时呈现更多的贴图材质，这会产生大量的建模与材质素材巨量传输数据，在SoC内的多核GPU除内部芯片间的传输效能需再提升，3D处理还需透过多管线、多核分散运算来强化3D呈现效能。