Imagination高峰论坛带来设计新思维--安全、整合、差异化
- 李佳玲／台北
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面对新兴的物联网、穿戴式装置、车用电子、以及各类智能移动设备商机，业者无不期望追求创新，创造出颠覆想像的新产品。Imagination以PowerVR绘图、MIPS处理器、Ensigma通讯连接技术为三大支柱，以此为基础，结合客户的专业知识与技术，将能开发出适用于移动、智能家庭、企业、物联网、联网汽车等各种SoC。整合不同的IP模块是很大挑战，Imagination的任务，就是要将这些重要的功能模块先整合好，这些IP技术，都将受到OmniShield安全技术的保护。
为了协助合作夥伴掌握技术趋势并开发出更具差异化的新产品，Imagination日前在新竹与台北盛大举办了两场年度Imagination高峰论坛，共吸引近千位学员报名以及超过600人亲临现场，创下了Imagination首次于2012年在新竹举行高峰论坛以来的新高纪录。
2015 Imagination的高峰论坛内容丰富，邀请到联发科、瑞昱、台积电和prpl基金会、担任专题演讲嘉宾，并有Imagination和其业界夥伴，包括M31(円星科技)、杜比、明导国际和新思科技的技术课程与展示，以及各类应用于智能家庭、IoT、汽车和其他产品的安全性与SoC平台说明。
Imagination台湾分公司业务总监Maxwell Lin在开幕致词时表示，随着市场趋势的改变，传统以来利用PPA比较表，找出CP值最高的技术方案来进行设计的做法已不再适用。业者需要有突破性思考，克服新兴服务所需的安全机制，并考量系统整合议题，才能开发更具竞争力的产品。也因此，今年的高峰论坛特别以「安全、整合、差异化」为主题，将透过完备的设计解决方案呈现，来协助业者达到这个目标。
以全新思维 迎接下一波产品创新
Imagination行销执行副总裁 Tony King-Smith在专题演讲中揭示了半导体产业的最新发展趋势。身为SoC IP的领导厂商，Imagination不但对于移动电话、汽车、网络、企业、物联网、消费多媒体等各种市场应用有着深刻的了解与洞见，也要求公司能看到五到十年后的趋势，才能领先开发符合未来SoC需求的新技术。
随着消费性电子技术开始渗透到企业市场，Tony King-Smith认为，这些低功耗、高效能技术将带来深远影响，推动各项应用的发展。从应用来看，电脑视觉、安全性、虚拟实境(VR)/增实境(AR)、通讯连接技术、应用程序可移植性(亦即端到端云端应用程序的可移植性，以确保彼此互通)，将是未来的重要趋势。
1.变革中的社会趋势与半导体产业
另一方面，社会趋势的变革也正如火如荼的进行中。新兴市场的崛起，包括国内、印度和巴西等人口众多的国家兴起，带动了更多中产阶级，这意味着更多的消费者商机，但价格竞争也将更为激烈。然而，在联网趋势之下，全球单一市场也逐渐成形。而物联网、机器人？自动化、生物医疗等技术的发展与普及将改变科技产业样貌，相信未来几年内，领先的龙头业者将与现在会有很大的不同。
此外，面对全球暖化挑战，我们需要更有效率的能源运用方式，再加上物联网？穿戴式装置的普及，将使低功耗设计的重要性更为提升。而工业4.0时代的起飞，会使更多制造业重新回到当地市场，带来产业链的变革。最后，高龄化社会的来临，人们的平均寿命将趋近百岁，这必然会改变人口结构，也改变市场需求，但显然现今的基础建设还不能因应未来人口的需求。这些诸多的社会议题，都是我们迫切需要克服与解决的。
在技术与市场变革的驱动下，产业结构也正面临着大幅改变。随着OEM业者加速创新，IP的重要性日益提高。IP业者从事发关键功能模块的开发，透过双方的紧密合作，让OEM业者能专注于差异化设计。此外，消费者朝向网络购买与行销，购买决策的影响力也随之改变。
而对半导体产业来说，近来的持续大幅整并以及OEM业者的垂直整合，会使未来产品开发将更朝「应用驱动」发展。影响所及，未来会有四种不同类型的「半导体供应商」，包括专攻手机等超大规模主流市场的大型SoC业者，以及专精于音讯、家庭自动化、医疗等特殊应用的小型业者，这两类也就是目前传统的芯片业者。
但随着系统业者朝垂直整合发展，将带来另两类新型态的芯片供应商，包括自行开发芯片的大型系统业者，如Amazon、Apple等、以及透过与服务供应商、品牌业者结盟，试图开发自订芯片的中小型OEM业者。特别是在台湾，这类中小型OEM业者在未来的三到五年会快速兴起，我们预期将会有新一波的成长动能出现。
2.多域(multi-domain)安全技术
因应未来需求，业者需要新的产品开发概念与技术。Tony King-Smith特别针对安全性、平台方案与IoT技术，提出了他的看法。
不同应用会有不同的安全需求，对于要求联网功能的IoT装置来说，更是基本要件。但今天的安全解决方案，仅利用单纯的「二进位进？出」模式，已无法满足使用者与应用程序的需求，使得现在有层出不穷的数据被窃事件发生。但由于业者对多域安全技术并不了解，使其应用发展迟滞不前。
目前的安全解决方案是以CPU为中心，将所有的安全应用程序并存在单一的安全区块中，但这无法适用于电信与品牌业者在开放平台上提供云端服务的安全需求。为解决根本的安全议题，我们需要通用性的安全解决方案，可支持异质架构，确保SoC上不同功能模块都安全无虞，也能让彼此共存的应用程序都安全运作。
OmniShield安全技术是多域、异质、可扩充、硬件式技术。我们与prpl基金会合作，共同推动真正的异质安全平台。已获得包括Broadcom、Qualcomm等多家业者的加入，将制订下一代跨产业的安全标准。
3.善用平台方案加速产品开发
在芯片平台技术方面，Imagination以PowerVR绘图、MIPS处理器、Ensigma通讯连接技术为三大支柱，以此为基础，结合客户的专业知识与技术，将能开发出适用于移动、智能家庭、企业、物联网、联网汽车等各种SoC。
对客户来说，整合不同的IP模块是很大挑战，而我们的任务，就是要将这些重要的功能模块先整合好，客户便能专注于开发其特殊功能，让产品更具差异性。并针对四种不同型态的半导体客户，提供不同的服务，包括完备IP产品组合、参考设计平台、子系统IP、生态系统支持等。同时，所有这些IP技术，都将受到OmniShield安全技术的保护。
我们看到了新兴业者的崛起，这些通过验证的解决方案能够协助业者推动下一波的产品创新。不仅SoC，软件、工具也很重要。过去PowerVR的成功便是提供了强大的软件工具。我们也将秉持此一策略，提供全面性的解决方案。举例来说，在IoT生态系统方面，包括Microchip、三星Artik、东芝都是我们的合作夥伴。此外，我们还提供FlowCloud和Creator计划，协助开发人员取得我们最新的技术方案。
4.让IoT成为现实
IoT是现今产业最热门的议题。它会是一个庞大但分散的市场，也由于应用广泛，不会由少数业者独大。或许会有一线的系统业者采取「walled garden」策略，以其领先的专属技术与服务率先推出智能家庭等相关产品。但对绝大部分的业者来说，并没有能力架构整套服务与产品组合，因此亟需服务的互通性。因此，服务等级互通性与安全性才是让市场真正成长的促成因素。也因为是应用导向，生态系统将结合各种不同专业，才能开发出真正有用的解决方案。
目前，尽管市场炒得沸沸扬扬，但仍然还是初期阶段，我们看到有许多既有技术与产品的重新包装就将其称为IoT，离真正成熟还有一段距离。对Imgaination来说，我们看到了IoT装置会包含三种不同层级的基本传感功能：第一是针对特定应用的传感器中心、第二是以此为基础再加上音讯？视讯功能、第三则是再增加智能视觉技术。
我们的矽晶IP组合能满足所有这些关键市场的需求，包括联网处理器、视觉、音讯、语音处理等实时、复杂处理的功能需求。为了让IoT愿景实现，产业必须携手建构真正的开放平台与标准。IoT的标准化应专注于：通用的通讯连接标准、透过标准化协定与API实现服务等级的互通性、以及不锁定于任何一种特定的操作系统、处理器或其他功能。
此外，针对热门的穿戴式装置，虽然有些人会将其视为IoT的一部份市场，但有监于穿戴应用的多样化，以及它未来与移动设备和联网家庭的密切关系，我们认为穿戴式装置将会是发展出有别于IoT的独立市场。
但是，目前的穿戴装置在功能、使用者界面、电池寿命等各方面都只是智能手机的精简版，尚未有突破性的进展。穿戴式装置要成功，必须将焦点从科技转移到产品的可穿戴性本身，采用新的SoC架构来满足穿戴装置的独特需求，而低功耗、通讯连接性、安全性、使用界面、以及互通性是穿戴装置要成功的五个重要关键。
Imagination的MIPS CPU、PowerVR绘图处理器、Ensigma RPU、FlowCloud云端服务、以及OmniShield安全技术，将能全方位满足穿戴装置对于低功耗、安全性与互通性的各种需求，以创新赢得全新商机。
家庭闸道器：启动多域安全技术革命
Imagination市场行销副总裁Volker Politz指出，随着消费者需求的快速改变，家庭闸道器正面临着全新的变革。特别是在云端、物联网时代，营运商试图推出家庭监控、个人医疗、能源管理、智能家庭等各种服务，使得家庭闸道器扮演日益重要的角色，但传统的设计已无法满足这些创新的市场需求。
家庭闸道器面临的挑战包括需满足灵活性、可扩充性、安全性以及服务接通等各种不同要求。举例来说，除了最基本的路由、交换和网络等功能之外，新一代的闸道器可能被企业用来提供WiFi公共热点，而在家中则需支持Zigbee、蓝牙和Wi-Fi等各种通讯标准，以支持不同的IoT服务。
这些不同的功能与服务需要不同的安全和优先等级。对此，Imagination推出了OmniShield安全技术，它包含了硬件虚拟化CPU、硬件虚拟化GPU、安全架构、可信任hypervisor、虚拟化连接性与卸载功能、以及信任根(Root of Trust)等完备技术组合，能够在SoC上最多支持255个安全的异质容器(container)。也就是说，芯片设计人员能够根据应用需求，将SoC划分为多个不同的安全区域。
虚拟化是一项成熟且经过验证的技术，并拥有广泛的软件支持。因此，OmniShield能受惠于这项特性，提供硬件等级的安全性，并达到最高的灵活性与效能。在家庭闸道器的使用案例中，便可以将宽频应用、IoT应用设定为不同的安全区域，个别独立运作，不但可以确保安全，还能加速产品的上市时程。
另一方面，针对需要实时、同步作业的应用来说，可以透过采用MIPS处理器的虚拟化多执行绪技术来实现，能够同步、多域执行，而且几乎不需要额外的运算负荷。
透过采用OmniShield、以及Imagination的IP和IP平台方案，可大幅降低开发家庭闸道器的整体成本，并为营运商提供兼具安全性、可扩充性与可靠度的解决方案。
PowerVR GPU满足从穿戴式装置到服务器的各种需求
Imagination的PowerVR产品业务开发总监Kristof Beets指出，嵌入式GPU的应用初期是以移动电话和平板电脑为主，近年来随着绘图功能需求的成长，已逐渐扩大到机顶盒、数码电视、汽车信息娱乐系统等应用。
最新的趋势则是将GPU应用到IoT、穿戴装置、企业、以及服务器、笔记本电脑等领域。也因此，我们可以说，GPU拥有绝佳的市场商机，而且不同的应用市场，对于GPU的效能需求也有很大的差别。
就GPU的市场趋势来看，业界标准API的快速演进将能推动GPU效能与应用的进一步提升。目前两项最新的API包括Khronos Vulkan和Khronos OpenVX。Vulkan是专为低端应用设计的API，它不会取代现行的OpenGL ES，能与新型GPU架构匹配，并以较少的CPU负担提供更高效能；而OpenVX是适用于视觉/影像处理的高端API，能完全发挥GPU效能，PowerVR GPU将于今年下半年就支持这项新的API。
另外两个重要趋势是，有监于市场的多样化发展，GPU也必须能够支持包括Android、Ubuntu、FireOS、WebOS等各种操作系统。此外，由于GPU的重要性日益提升，必须更注重整体系统的功率最佳化设计。例如采用无损压缩技术，能在平板电脑上实现4K分辨率，以及采用安全与虚拟化技术，特别是对汽车和服务器等应用。
由于GPU的应用广泛，我们需根据不同市场需求，不管是对数码电视、穿戴装置、入门级智能手机等成本敏感应用，或是高端平板电脑、汽车等要求效能效率的应用，提供完整的解决方案。
PowerVR拥有多项竞争优势，并持续扩大市场领先地位。在架构效能方面，PowerVR采用专利的分块式延迟渲染技术，以及PowerGearing电源管理技术，能够在功率预算内提供稳定的优异效能。而在功率效率方面，根据第三方评测机构报告，内建PowerVR的SoC与其它方案相较，在相同的功耗条件下，可达到三倍的每秒讯框速率。Imagination也将持续提升每一代PowerVR产品的效能，以确保更长的电池寿命与更佳的使用者体验。
MIPS CPU：掌握下一波差异化创新
Imagination的MIPS产品业务开发总监Mark Throndson介绍说，MIPS处理器IP核心拥有完备的产品组合，从最小型的32位元微控制器，到高效能32位元和64位元多核心解决方案均涵盖在内，并拥有基于超过三十年的悠久历史与持续创新，以及超过20年对64位元技术的完整支持。
过去几年来，MIPS架构历经多次升级，目前最新版本为MIPS R6，纳入了硬件虚拟化、SIMD、多执行绪等多项重要特性。MIPS64能与MIPS32完全兼容，因此MIPS32软件无需切换，就能直接在64位元架构上执行，这能为客户带来显着的效益。
此外，为了强化软件开发工具，Imgaination 推出新的完整软件开发套件Codescape SDK，它是以支持MIPS架构的开放源GNU编译器和除错器 (GCC和GDB)为基础，包含开始进行MIPS软件开发所需的全部工具和资源，包括开机加载程序(bootloader)、链结程序、范例程序码，并适用于从入门级到高端多核心SoC等任何一种MIPS-based平台开发。
自Imgaination并购MIPS后，仍持续强化其技术开发并扩大生态系统。另一项展开的重要计划是组成prpl基金会，以MIPS开放原始码为中心，推动应用程序可移植性、虚拟化与安全性、以及异质运算的进展。
MIPS CPU最新的重要特性是支持OmniShield安全技术，以硬件虚拟化技术为基础，利用在架构增加一个新的优先层以及支持多个客户(guest)域的方式，实现CPU上的多域安全性。从低端M5100到中端I6400、以及高端P5600等各个产品线，都能支持硬件虚拟化技术，而且MIPS是市场上唯一提供支持硬件虚拟化技术的嵌入式MCU的业者。
此外，透过采用MIPS独特的硬件多执行绪技术以及先进的电源管理功能，能够有效缩小晶粒面积并最佳化动态功率。目前MIPS产品有Warrior M-class、Warrior I-class和Warrior P-class三种从入门级到高效能的产品组合，能满足各种应用市场的需求。
Ensigma RPU：完整的无线通讯解决方案
Imagination的通讯技术总监Richard Edgar表示，无线连接已成为电子装置的必备功能，但一直以来都是采用独立的无线通讯芯片来设计。为了追求更高的整合度，我们看到了将无线通讯功能整合到系统单芯片上的趋势，Ensigma RPU(无线电处理器)便是因应此需求而开发的。
Ensigma RPU是一套包涵从软件到天线的完整端到端解决方案，也是目前市场上唯一的完整无线IP子系统。它包含整合了基带与MAC的无线电处理器、硬件式RF IP、完整的主机软件堆叠、以及业界认证测试等系统解决方案。
Ensigma RPU是独特的可编程多重标准无线电处理器，能支持主要的802.11规范、电视和无线电广播、蓝牙以及其它等超过30种标准。同时，我们也正在开发802.11ax、802.15.4等新标准，以及GPS、Galileo定位标准，预计两年内将可支持45种的无线标准。
Ensigma RPU具备绝佳的可配置性，能将多种无线通讯标准整合到系统单芯片中。为了满足不同的应用需求，Ensigma有Explorer和Whisper两种方案，前者强调高效能与灵活性；后者具超低功耗，由于整合了MIPS处理器，无需再利用专属的主机处理器，因此能降低整体系统成本，非常适用于新兴的穿戴装置应用。
此外，Explorer和Whisper拥有相同的主机界面，并以相同的核心演算法为基础，因此两者能共享软件与开发工具，能进一步简化客户的开发工作与成本。
在以上这些重要技术之外，下午的议程还包括穿戴式装置：低功率设计与时尚的相遇、车用市场：打造自动化、丰富多媒体应用车辆、视觉技术IP：打造更聪明的镜头、处理器携手FlowCloud IP：实现端到端物联网整合与防护等各项主题，展现了Imagination因应新一代产品需求的全方位解决方案。
合作夥伴共襄盛举 探讨最新应用成果
除了Imagination高端主管揭示的最新趋势与重要技术方案之外，多家重量级合作夥伴也共襄盛举，发表其市场的前瞻看法以及采用Imagination技术的成果分享。
联发科欧洲区企业行销总经理Siegmund Redl介绍了全球中产阶级人口大增，带来的「super-mid」市场商机，以及展望未来，联网装置的演进将在5G移动技术应用成熟后，由于信息的无所不在，将带来崭新的产业面貌。也因此，业者与生态系统夥伴的合作和共同研发将更为重要。
瑞昱科技电视芯片行销与规划总监Keynes Chang则是探讨了电视应用SoC芯片的未来趋势与GPU的整合需求。他指出，随着显示功能的重要性提升，目前电视SoC中GPU所占面积已经大于CPU，两个加总超过三分之一面积。
GPU的主要用途包括使用者界面，但由于多媒体装置分辨率提高，3D GPU可带来更好的使用者经验，未来电视也能执行多种高分辨率游戏，取代部分游戏机功能，还能用来作为脸部侦测，解码新增视讯格式等多种功能。
GPU功能提升的同时，也带来了新的安全议题。例如，如果4K内容被骇，将会严重影响内容供应商的获利。或是，新一代的产品会以影像作为UI，过去UI没有安全问题，但由于影片由GPU处理，也因此须要求安全性。
目前有多种设计方式来解决GPU的安全要求。其中一种是以虚拟化技术为基础，让芯片上产生多个安全区域，完全独立运作，不会互相干扰。但这会需要复杂的存储器管理单元(MMU)，设计SoC时需考虑这点。总结来说，他强调，GPU功能越大，处理的内容越重要，安全需求便日益提高，GPU已不只是单纯的功能IP，而是SoC中的重要一部分。
台积电IoT业务部门资深总监Simon Wang说明了物联网的最新技术解决方案。尽管半导体制程微缩日趋极限，但随着汽车、工业4.0、增实境？虚拟实境等使用模式的多样且先进，仍然需要高端制程技术来带动新兴应用，这样的高附加价值才能推动产业的健康成长。
物联网装置将快速起飞，16/10纳米的需求仍在，但将从过去以效能驱动的方式，改为以低功耗技术为主。除了先进制程，台积电也将重新开发低功耗55/40/28纳米技术，进一步降低漏电流并延长待机时间。
台积电也将强化与OIP(开放创新平台)夥伴的合作。目前，台积电与Imagination已有广泛且密切的合作关系，针对28/16纳米进行GPU最佳化设计，透过提供通过验证过的IP，加速客户产品上市时间。
prpl基金会策略长Cesare Garlati则是阐述了开放标准与开放安全性的重要性。prpl是一个开放源、社群导向、协同合作的非营利基金会，旨在支持MIPS架构，并对其他架构开放，专注于推动下一代「数据中心到装置」的可移植软件与虚拟化架构。针对安全技术，基金会正展开计划，透过业界合作，以实现端到端的系统安全性。
此外，M31介绍了该公司的「物联网平台的功率最佳化解决方案」；杜比则是在现场展示该公司的Dolby Audio技术，如何能在内建MIPS CPU的芯片上执行，并支持Dolby TrueHD、Digital Plus、ProLogic IIz等技术，以便在家庭、剧院、甚至移动中也能实现丰富、清晰、强大的音效品质。
而明导国际进行了两场技术课程，一是说明利用其Veloce平台执行Imagination IP硬件模拟的应用案例。Veloce2硬件模拟平台是业界领先的解决方案，能满足智能手机与ADAS(先进驾驶辅助系统)等复杂SoC的验证需求，加速产品开发时程。而明导与Imagination在硬件方面有着长期的密切合作关系。另一场则是介绍明导国际针对穿戴式装置提供的嵌入式软件方案，并以内建MIPS核心的Ineda穿戴式处理器为例，说明结合其Nucleus RTOS的实际应用。
另外一家合作夥伴新思科技同样也有两场技术课程。一场是「最佳化PPA考量下的快速IC设计与验证方法」，阐述新思科技与Imagination已建立了超过十年的合作关系，能利用其验证、原型设计等各类方案缩短SoC的开发时程，并说明如何利用HAPS-70平台加速Imagination PowerVR Series 6XT的硬件验证与软件开发。另一场则是介绍采用新思的DesignWare HPC设计套件来强化PowerVR Series7 GPU在16FF+制程的效能与功耗表现。这些涵盖各项主题的一系列丰富议程，为一整天的技术飨宴划下了圆满句点。
