芯片方案强「视」登场,移动装置开创视觉新体验

2013-12-02 13:09:33来源: 新电子
    行动装置将愈来愈有看头。因应市场日益严苛的视觉体验要求,包括中央处理器(CPU)、绘图处理器(GPU)、光感测器、显示器驱动晶片,以及ePD介面晶片等业者,皆积极提高新一代方案的视觉处理效能,以协助行动装置制造商打造更令消费者惊艳的产品。

行动装置将具备崭新“视”野。行动装置品牌商正竞相透过不断拉高与视觉相关的关键元件性能和规格,以开发出具备令终端消费者惊艳的视觉体验产品,成为拉大与竞争对手产品差异化的一大利器。  
行动装置的视觉体验将大翻新。从全球前五大智慧型手机和平板装置品牌商新一代产品规格观之,萤幕尺寸与解析度、处理器及相机规格皆较于前一代大幅升级(表1、2),如萤幕尺寸4寸/8.9寸起跳、面板解析度拉高至FHD(1,080p)、处理器由双核心提高至八核心甚至是64位元架构,以及相机画素最高达1,300万。 不仅如此,各品牌商预计于2014年发布的下一代产品规格将带来更细致的视觉体验,所配备与视觉相关的关键元件,如中央处理器(CPU)、绘图处理器(GPU)、光感测IC、eDP介面晶片、高画质(HD)面板驱动IC等效能将出现更突破性的进展,如导入7寸/11寸以上面板、4K×2K解析度萤幕、兼顾性能和功耗的异质系统架构(HSA)处理器,更加印证出行动装置品牌商正掀起一波新眼球革命,未来对于旗下产品线所能提供的视觉体验要求将会愈来愈高,并驱动着相关关键元件的快速进化。  



行动装置视觉应用不断翻新 驱动CPU/GPU效能大跃进

行动装置搭载4K×2K解析度萤幕及更高解析度的应用已势不可当,正加速中央处理器和绘图处理器规格演进。特别是在更高解析度的应用程式档案增多之下,动态随机存取记忆体(DRAM)的容量亦跟着提高,对于能提供更多记忆体定址能力(Memory Addressability)的64位元架构处理器需求将更加殷切。  

也因此,继苹果(Apple)、三星(Samsung)之后,高通(Qualcomm)和瑞芯微近期亦相继表态准备投入64位元处理器产品线的开发,预期将带动64位元处理器市场战火急速升温。  

助力多媒体效能大跃进 64位元处理器加速普及


图1    高通技术行销总监Maged Zaki表示,4K×2K解析度萤幕应用日益普及,将成为推动CPU和GPU处理器架构和效能不断进化的引擎。
高通技术行销总监Maged Zaki(图1)表示,64位元处理器,长期来说将朝大容量记忆体推进,并同时解决ARMv8指令级架构(ISA)整合的问题,且因市场发展趋势逐渐朝向这种新型态的运算模式,未来将如同在个人电脑(PC)市场般逐渐被广为市场所采用。  

Zaki进一步指出,看好64位元处理器市场前景,高通已计划将其导入产品蓝图,并同时与行动硬体和软体生态系统(Ecosystem)保持一致,使其符合市场需求。  

至于瑞芯微,则已预定于2014年下半年采用安谋国际(ARM)处理器架构、28奈米制程正式投产首款64位元处理器,将成为其扩大在平板装置、智慧电视盒、笔记型电脑等运算应用市占的一大利器。  

三星亦于日前宣布将于2014年发布分别采用安谋国际和自家核心所开发的64位元处理器,并导入于新一代智慧型手机中。  


图2    辉达技术行销工程师张佑纶指出,瞄准64位元处理器已为大势所趋,该公司亦有发展64位元处理器的计划,惟时间点尚未可对外公布。
辉达(NVIDIA)技术行销工程师张佑纶(图2)亦透露,该公司未来亦不会在64位元处理器市场缺席,将结合安谋国际处理器核心,开发出相关产品。不过,目前辉达尚未观察到行动装置市场对于64位元处理器有更大的需求,因此发布相关产品线的时间点将视市场需求量多寡而定。  

值此处理器大厂陆续加入市场战局,让64位元处理器市场竞争更趋白热化之际,安谋国际新一代Cortex-A50系列处理器核心,亦开始支援大小核(big.LITTLE)设计架构,让晶片商可开发出兼顾高运算效能与低耗电量的64位元应用处理器,预期将吸引更多行动装置制造商采用,同时加快64位元处理器进驻智慧型手机和平板装置市场。  

安谋国际处理器部门市场行销总监Ian Smythe(图3)表示,行动装置视觉应用不断翻新,使得制造商对于处理器运算效能的要求愈来愈高,同时还须兼具低耗电量特性,因此该公司除研发出的Cortex-A50系列核心可提供64位元处理能力外,亦能支援big.LITTLE架构,以达到效能与功耗兼顾的目的。  


图3    安谋国际处理器部门市场行销总监Ian Smythe认为,行动装置对于处理器的运算效能要求更高,将成为该公司及其合作夥伴成长的新契机。
Smythe强调,Cortex-A50系列处理器在节能和效能优势将更上一层楼,让终端消费者能在行动装置上完成更多工作,并延长电池使用寿命,可望被广泛应用于主流市场;至于核心数的取舍将会依据不同的效能要求而变动。  

安谋国际于2012年底发布的Cortex-A50系列,包括Cortex-A57和Cortex-A53核心,采用ARMv8-A架构,除可助力处理器厂商开发出更高运算效能的64位元架构处理器外,并增加符合现今行动联网装置安全需求的功能。Smythe预期,2014年采用Cortex-A50系列核心的处理器将会陆续登场。

除安谋国际之外,处理器矽智财(IP)供应商Imagination亦正如火如荼展开相关产品布局。Imagination多媒体技术市场行销总监Peter McGuinness指出,MIPS战士(Warrior)系列中央处理器将于未来12个月内持续扩展,以涵盖完整的64位元和32位元版本,每个产品都能提供最佳的效能,并能获益于MIPS架构的独特效益,可从32位元无缝移植至64位元解决方案。  

另一方面,在未来64位元架构处理器竞相出笼后,双核心处理器市场是否会逐步受到挤压与冲击也已引发市场关注。对此,Smythe认为,处理器业者会依据不同的效能和成本考量,开发行动装置系统单晶片(SoC),换言之,市面上仍需要有差异化的处理器方案,以迎合低阶至高阶市场对于处理效能的要求,因此未来64位元架构处理器与双核心处理器将会在不同市场并存。  

除64位元架构处理器之外,行动装置为在有限的耗电量下配备更高解析度萤幕及更丰富的人机介面,将会面临极大的开发挑战,遂让中央处理器与绘图处理器协同运算的HSA处理器架构在此视觉应用翻新下趁势崛起;且由于HSA处理器架构支援64位元记忆体定址,未来将可与64位元处理器彼此互补。  

支援UHD萤幕/摄录影 HSA架构处理器战力升级

看准行动装置搭载4K×2K解析度萤幕及拍照和录影将为大势所趋,处理器大厂如联发科与高通已相继于近期发布采用HSA架构所开发新一代八核心处理器MT6592和四核心骁龙(Snapdragon)805,以进一步整合绘图处理器,期能在强化视觉处理效能之际,同时降低耗电量。  

Zaki表示,为致力于打造绝佳的行动装置使用者体验,如快速且功能强大的长程演进计划(LTE)联网、4K×2K解析度摄录影/播放、高传真音效、先进数位摄影功能、快速网页浏览及无缝视讯串流,以及确保在效能及耗电量取得最佳化的平衡,异质处理器绝对是最佳的解决方案。  

高通新一代四核心骁龙处理器中,中央处理器仅占整体面积的15%,剩下85%皆由绘图处理器Adreno、数位讯号处理器Hexagon、感测器、显示及定位引擎等各种异质运算引擎所组成,不同的异质运算引擎将在个别工作项目各擅胜场,以在更合理的价格及最低耗电量下,达到更长的电池续航力,提供现今市场最热门的行动使用者体验。  

Zaki指出,未来应用处理器所带来的新功能包括运算摄影(Computational Photography)、运算视觉(Computer Vision)、扩增实境(AR)、情境感知、手势等,为提供这些新功能,该公司将持续在行动晶片组产品中整合各种专门处理引擎。  

瞄准HSA处理器市场商机,安谋国际、Imagination等处理器矽智财供应商正紧锣密鼓投入相关产品线开发,抢食市场大饼。  

如安谋国际除绘图处理器已支援64位元浮点运算,以更好的与64位元处理器协同工作之外,2013年亦发布浮点运算高达378GFLOPS的Mali Midgrad绘图处理器,另外,搭配CCI-400(Cache Coherency Interconnection)的互联架构,Mali Midgrad绘图处理器将能与新一代的中央处理器达成快取资料一致性,亦即CPU快取里的资料毋须写至外部记忆体,即可让GPU看见,这对提高系统效能,降低反应延迟具有极大效益。  

至于Imagination针对HSA处理器市场,除持续精进既有的绘图处理器产品线之外,旗下的驱动程式、编译器及开发工具亦将支援各种业界标准的应用程式介面(API),如OpenCL和Google Renderscript等,且会确保未来产品线皆能符合HSA处理器市场的规格要求。  

此外,McGuinness认为,由于HSA处理器可支援OpenCL C++和微软(Microsoft)的C++ AMP程式语言,因此更容易编写高阶程式语言,且将导致更多的高效能程式将会撰写入中央处理器以外的处理器,显著降低中央处理器在整体系统的重要性,相对而言,将会提高绘图处理器在行动装置的地位。且可以预期的是,由于HSA处理器的HSA中间语言(HSAIL)会被转译成底层的硬体指令集架构,未来处理器与传统指令级架构相容的需求将不复存在。  

提升图像显示品质 光感测IC担当重任
面对行动装置配备的萤幕解析度大幅跃进,除处理器之外,光感测IC的角色亦将会更加吃重,其尺寸与效能也将与时俱进,主流的三合一光感测IC方案尺寸正朝向更微型化迈进,有助于行动装置品牌商缩小萤幕边框,以导入更大尺寸萤幕;此外,为呈现更鲜艳的色彩影像,行动装置品牌商亦将开始选用加添色彩感测器的三合一光感测IC方案,以提高产品的附加价值。 

迎合品牌商导入大尺寸萤幕 三合一光感测IC尺寸微缩

在前十大智慧型手机品牌商竞相于旗下产品线中导入之下,三合一光感测IC方案已陷入激烈的价格战,也因此,台湾晶技正挟专利的类三维(3D)陶瓷封装技术,抢先业界开发出首款微型化三合一光感测IC方案,尺寸仅2.5毫米×2毫米×1毫米,更利于品牌商配备更大尺寸的萤幕,突显产品差异化;且具备更高的杂讯抑制能力和精准度,准备大举插旗智慧型手机市场。 


图4    台湾晶技行销处副理郭家宏(右)预期,除高阶智慧型手机之外,2014年中低阶智慧型手机导入三合一光感测IC的比重亦将会逐步攀升。左为研发一处副处长姜健伟
台湾晶技行销处副理郭家宏(图4右)表示,整合环境光感测器(Ambient Light Sensor)、接近感测器(Proximity Sensor)及红外线发光二极体(IR LED)的三合一光感测IC方案,现今单价已从2012年的1美元骤降至0.3美元。 

有鉴于此,奥地利微电子(ams)、安华高(Avago)、凌耀、Maxim等三合一光感测IC方案供应商纷纷戮力缩小产品体积和增强产品性能,以提高产品附加价值,避免毛利率持续走跌。 

台湾晶技研发一处副处长姜健伟(图4左)指出,为强化产品竞争力,该公司近期已成功以独家的类3D陶瓷封装技术,投产微型化三合一光感测IC方案,不仅尺寸较前一代缩小40%,且藉由改良封装结构,亦大幅提高杂讯抑制效能及精准度。 

据了解,有别于传统封装技术系于印刷电路板(PCB)基板上平行置放感测IC和红外线LED,台湾晶技的类3D陶瓷封装技术则是于陶瓷基板上堆叠感测IC和红外线LED,以增强阻隔红外线的性能及于表面黏着(SMT)制程的抗热能力,强化产品的可靠性及精确性。 

郭家宏谈到,该公司微型化三合一光感测IC已送样给欧、韩、日及中国大陆智慧型手机品牌商,进入导入设计(Design In)阶段,预计最快可于2014年第二季开始大量出货,挹注营收贡献。 

至于下一代产品线的发展方向,郭家宏透露,从客户的产品规画蓝图观之,未来除前十大智慧型手机品牌商之外,中低阶智慧型手机品牌商亦将陆续提高产品搭载三合一光感测IC的比重,预期三合一光感测IC的单价仍将于0.3美元摆荡,因此相关供应商将进一步提升产品的性价比,以增加营收和获利。 

也因此,姜健伟表示,该公司针对高阶和中低价智慧型手机市场将分别于2014年再发布采用类3D陶瓷封装技术量产,并高度整合环境光感测器、接近感测器、红外线LED、全球卫星定位系统(GPS)及手势感测的五合一方案,以及更具价格竞争力的二合一或三合一光感测IC,以迎合不同等级智慧型手机的性能和价格要求。 

让影像更绚丽 新光感测IC加入色彩感测功能 

此外,因应行动装置视觉应用日益丰富,奥地利微电子(ams)开发出可根据环境色温自动调整显示亮度的色彩感测器(Color Sensor),以助力行动装置品牌商打造出能呈现更高亮丽色彩影像的产品,为行动装置终端使用者创造更优质的视觉体验。 


图5    奥地利微电子市场行销总监Jerry Koontz谈到,现今新一代的光感测器除可简化人机介面之外,并提供终端消费者更直觉化的功能。
奥地利微电子市场行销总监Jerry Koontz(图5)表示,新一代的光感测器除可简化人机介面之外,更能提供终端消费者更直觉化的功能。 Koontz说明,过去10年来,环境光感测器无所不在的应用于各式各样消费性和非消费性的行动装置,提供自动化的显示萤幕亮度控制,以改善使用者体验并降低整体系统功耗。 

Koontz进一步指出,为创造更好的使用者体验,且让产品的人机介面更直觉化和简易使用,行动装置制造商对于能更全面侦测周遭环境的光感测器需求已日益殷切。 

也因此,奥地利微电子于新一代的智慧型光感测IC产品线中除整合环境光感测器、红外线接近感测器之外,更新增色彩感测器,其中环境光感测器可依据量测到的光源照度,提供自动化的显示亮度控制;红外线接近感测器能在使用者接收或拨打电话时关闭智慧型手机萤幕;而新兴的色彩感测器则提供显示亮度控制与色温量测,以改善图像显示品质。 

Koontz谈到,随着感测器在行动装置的使用数量大幅增长,离散感测元件的导入将会持续对主处理器造成更大的负荷,亦会对整体系统效能造成负面影响。为解决这些问题,奥地利微电子的智慧型光感测IC已整合更多功能,将这些工作从主系统或应用处理器卸载下来。 

除色彩感测器之外,奥地利微电子于新一代光感测IC中亦扩充手势感测和条码模拟技术;Koontz强调,前者将会促成崭新的行动装置应用;后者则系与Mobeam合作开发的独家技术,日后将让消费者可利用折价券、礼品卡与点数卡等条码在全球零售商店进行兑换与商品交易。 

此外,为协助行动装置设计者克服将更多光学感测器整合至系统所伴随的挑战,奥地利微电子提供高整合度的感测器元件和软体,以支援iOS和Android平台,以及各种应用处理器和Sensor Hub方案。 

Koontz谈到,行动装置将需要更高的系统效能,以支援新兴的视觉应用,同时也须兼顾整体耗电量;因此,该公司将挟整合元件制造商(IDM)优势,透过广泛的感测器产品组合与感测器整合能力驾驭此一趋势,并运用自有的先进高效能类比制程技术,以提供极低杂讯、高灵敏度和低功耗产品设计。 

Koontz并预期,光感测器将在行动装置开启崭新和令人期待的应用,如运用光感测器执行健康与体力诊断、液体及气体分析、零接触的内容互动(如游戏)等,将在未来的行动装置实现更多实用的应用,为消费者提供更安全、更具娱乐性或能协助自我健康管理的工具,持续提升行动装置在消费者日常生活中扮演的“中枢”角色。 

除光感测IC之外,行动装置配备更高解析度萤幕亦将加快eDP版本介面在行动装置市场普及。 

超高解析度萤幕助澜 eDP1.4加速渗透行动装置

eDP 1.4介面最快将于2014年在行动装置市场快步起飞。行动装置品牌厂持续推出2,560×1,600超高解析度的平板和智慧型手机,激励处理器大厂加紧于旗下系统单晶片整合最新eDP版本介面,可让加速扩大eDP 1.4介面在行动装置市场的渗透率。 


图6    谱瑞台湾分公司战略行销经理 叶丹青强调,随着行动装置品牌商于产品中导入更高解析度萤幕,eDP 1.4将会压缩主流MIPI介面市占。
谱瑞台湾分公司战略行销经理叶丹青(图6)表示,尽管目前行动产业处理器介面(MIPI)仍为行动装置显示面板介面主流,但随着品牌商持续扩大开发配备1,080p以上解析度面板的产品,将导致须配备的MIPI介面缆线数量激增,难以达成轻薄化外观设计。 

以目前MIPI D-PHY为例,其每条缆线传输率为1Gbit/s,若要支援1,080p解析度面板,须使用四条缆线方可满足显示资料传输量;相较之下,eDP介面每条缆线传输速率高达2.7Gbit/s,故仅须两条缆线即可达成。 

因此,在平板装置品牌商竞相于产品线中导入2,560×1,600超高解析度面板之下,eDP介面的优势将会被更加突显,如仅需四条eDP介面缆线即可支援2,560×1,600超高解析度萤幕的资料量,对缩减印刷电路板(PCB)及缆线数量具相当大的效益;若改用MIPI介面,则须配备倍数的缆线,将与品牌商打造轻薄化外观的设计走向背道而驰。 

据了解,eDP 1.4版本介面标准已于今年初发布,包括苹果、三星等行动装置品牌厂,以及高通、博通(Broadcom)、辉达、意法半导体(ST)、英特尔(Intel)、超微半导体(AMD)等处理器业者,皆积极参与该标准制定。 

叶丹青指出,继eDP 1.2、eDP 1.3之后,处理器大厂已加紧于下一代SoC整合eDP 1.4介面,预计最快于2014年下半年将会有产品提供给客户导入设计(Design In),而在此之前,则会先提供样品给eDP介面晶片商进行测试,以确保产品的相容性,降低开发风险。 此外,叶丹青补充,尽管eDP 1.2、eDP 1.3介面已可传输2,560×1,600解析度资料量,但VESA于eDP 1.4版本进一步强化行动装置节能的相关规格,更符合行动装置对于低功耗的要求。

据悉,eDP 1.4版本新增加强版局部背光控制、链结速度附加选项(Additional Link Rate Options)与多点触控等功能,有助于eDP输出电压下降,且节省整体触控面板功耗,让行动装置尤其是智慧型手机制造商可提高电池使用时间。 

看好eDP 1.4介面市场可望于2014年萌芽,叶丹青透露,该公司预计于2014年下半年发布首款支援eDP 1.4介面时序控制器(T-Con)晶片,积极抢市。 

不仅是eDP,1,080p解析度萤幕亦将加速带动FHD面板驱动IC出货看涨,并逐步取代WVGA(480p)成为成长最快速的驱动IC。 

5寸以上FHD萤幕点火 驱动IC需求成长强劲

支援FHD(1,080p)规格的显示器驱动IC将炙手可热。5寸以上1,080p解析度萤幕将是2014年高阶智慧型手机主流规格,预期在中阶智慧型手机讲求高规平价的趋势下,亦将于2014年下半年开始搭载1,080p解析度的驱动IC,可望激励1,080p解析度的驱动IC于2014年的市场渗透率倍数扩张,将取代WVGA(480p)成为成长最快速的驱动IC (图7)。 


拓墣产业研究所半导体中心研究员许汉州表示,萤幕解析度已成为2014年高阶智慧型手机突显产品差异化的行销重点之一,将带动1,080p解析度的驱动IC需求水涨船高;预估1,080p解析度驱动IC市占将从2013年10%,攀升至2014年的20%,至2015年更将上看30%。 

受惠此一发展趋势,联咏、奇景、旭曜等业者,2014年的中小尺寸面板驱动IC营收贡献,皆有机会再向上攀升。联咏总经理王守仁在日前第三季法说会上即透露,配备1,080p解析度萤幕的智慧型手机,将是该公司2014年营运成长的重要动能。 

不仅是联咏,奇景亦已加速研发720p和1,080p解析度驱动IC,其中720p驱动IC更已顺利打入宏达电智慧型手机供应链。该公司今年第三季中小尺寸驱动IC营收,亦因配备高解析度萤幕的智慧型手机出货量攀升而成长,较2012年同期增长15.1%,占总营收比例更高达52.1%,且连续三季突破五成。 

奇景强调,该公司在智慧型手机市场,已掌握一线国际品牌客户,及中国大陆成长快速、地位强势的白牌手机终端品牌客户;未来,中小尺寸驱动IC产品,仍将是该公司业务的一大焦点。

奇景进一步补充,由于智慧型手机往高解析度趋势发展,奇景在技术上的领先优势,可望带动智慧型手机业务成长,不但将挹注营收,亦可提高毛利率。自第四季到明年,该公司预期智慧型手机驱动IC产品线营收将有两位数成长。

除高阶智慧型手机之外,许汉州分析,低价智慧型手机亦将开始配备1,080p解析度萤幕,预期将逐步刺激相关驱动IC需求上扬,将成为台湾IC设计业者最佳的市场机会点。 

在64位元异质整合处理器及更高解析度萤幕将成为2014年行动装置的主流配备之下,与之搭配的光感测器、驱动IC及eDP介面三大关键元件规格与性能亦将跟着大幅升级,将成为各家品牌商争相导入的热门元件,预期更多极具高视觉规格的产品将于2014年在市场中轮番上阵。


关键字:芯片方案  移动装置  视觉新体验

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/1202/article_28358.html
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