微处理器巨人的左勾拳——媒体处理器

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  长达30余年在微处理器 ,而后又在芯片组上一路过关斩将的CPU巨人,在PC战场打了一记漂亮的快速右勾拳,打遍天下无敌手,竞争对手几乎个个鼻青脸肿。HD的时代来临,网络亲和性高的数字家电,是其再度出招的目标。这道勇猛的左勾拳就是媒体处理器。当巨人喊出“I Love TV!”的口号时,池塘中又多出了一条大鱼,数位战役之高潮好戏情节就要登场了。
  先来一个脑筋急转弯,提醒工程技术人员多培养“感性”多一点。过度理性的科技业,造出的产品就是冷冰冰、硬梆梆,设计沉闷的形象。这样做法有点违背世界风潮。多多提升艺术养分与美感含量,对技术人来说,是让自己武功更上层楼的秘诀之一。秘诀之二就是创意,但是易于复制,最好是无敌秘诀-创新。
  底下这张图片究竟是什么东西?看看阁下是否能够在短时间答出正确答案,试试自己的想象力空间吧!
  这是加拿大厂商Suissa Computers所设计的个人计算机(图1)。人与物亲和性(亲密性)的建立理念,突破僵硬的刻板印象。工业设计达一定的水平,思想确立PC平台系组件模块化(主板、光盘、硬盘等)之后,思维下的建筑架构。
  
  话说往事:
  
  阁下您也许难以相信,微处理器的巨人英特尔,早期是做内存的。只是觉得打不过竞争对手,在“设计思想”上做了转变,具焦在处理器上的发展。由于“技术经营MOT(Management of Technology)”做的相当成功,即使曾经在RDRAM推广的路途上摔了一大跤,却无多大碍事。从1971年的4004,一路从8008/8088/8086/8088/80186/80286/80386/80486/Pentium/Pentium II/Pentium III/Pentium 4…,到今日依然在半导体制程进化下向前走。PC的步调缓和下来,然而,Atom处理器又拉拔了Mini PC(NETTOP、NETBOOK)的热潮,Acer、东芝、HP、Dell,联想Lenovo等都陆续推出超轻量级的笔电。
  


  “Intel Inside”的营销战略加上技术力,的确让巨人成为街头小霸王。
  虽然在芯片组上攻城略地,但是,英特尔还是有惨败的事例。比如说,除了RDRAM推广失败之外,试图用它的PXA产品线进攻手机移动市场也招致失败,最后该处理器的产品线还卖给了Marvell公司。崁入式应用的确是出师不利。不过,Atom处理器采用英特尔先进的45nm制程与high-k金属闸极技术。每一硅晶粒(die)中则含有4700万个晶体管。此颗处理器打中消费者心中的渴望,售价算不贵又可跑XP/Vista的机器。
  PC Magazine膺选英特尔的Atom处理器(N270/230),在处理器项目为第25届杰出技术奖。没多久,双核心Atom处理器(N330)也问世了。无论是崁入式应愈还是开方式系统,企图双吃。
  注:2008年12月9日,英特尔发出新闻稿宣称已经完成32nm制程的开发。Intel向来惯用一个名为“滴答模型”(Tick-Tock Model)的招式,也就是让Intel维持科技领先地位的CPU发展战略。也就是该公司MOT技术经营的方针。其概念是这样的,每次一个新制程技术出现时,就先用“旧架构+新制程”推出一代过渡性产品,称为“Tick”,可以最快速度抢下市场领先地位。接着等到技术成熟,再推出“新架构+新制程”的完整产品,这就是“Tock”。
  也是因为Atom处理器的出现,带动了NETBOOK与NETTOP的一股风潮。而Acer在日本地区强压地头蛇东芝/富士通/NEC等,2008年2H被当地消费者荣选为Mini PC最具魅力的制造厂商,值得赞赏。加油!
  从这一连串历史的变迁史,我们终于看清楚技术是要去细心经营的,而且设计思想的确立,必须符合消费者内心的渴求,才能获得掏钱消费者的青睐。
  注:根据市调公司Gartner于2008年12月所公布该年度十大半导体的资料,仅有Intel、Qualcomm、NEC正增长。英特尔连续17年蝉联首位。其动向有指针性的参考价值。
  第三变革期扩大版图的武器
  
  英特尔如今朝向数字家电,以其SoC系统芯片的高度整合功力,开发代码Canmore的“Intel Media Processor”,编号CE 3100。采用 65 nm制程并内建1.5亿个晶体管。
  


  在2008英特尔技术论坛IDF上,大谈嵌入式因特网(Embedded Internet)的新兴市场,诸如数字电视、STB机顶盒、硬盘录像机、光驱等,都在其视野内。
  该处理器的最大特征,乃在于采用了与PC微处理器一样的命令集、IA(Intel Architecture)架构,而且,纳入实现网络家电所必要的机能。
  注:其实,英特尔于2007年就针对STB,开发出CE 2110的媒体处理器系统芯片;系以强大的1GHz Xcale为核心,可进行高效能运算处理,并提供高解析视讯与交互式功能。不过,算是不成功的案例。
  另一个特征是提供重视利用因特网存取内容与服务的软件框架“Widget Channel”。所谓“Widget(专用界面工具)”,是一种网络应用程序,可跳脱网络浏览器,享受网络世界里的种种服务,应用在计算机时,这些Widget会以各种图案为代表,出现在计算机上,不必开启浏览器,就可点选事先设定的Widget,查看股票行情、气象等等网站所提供的服务信息。而雅虎Yahoo与英特尔合作的这项服务,则是将Widget移植到电视屏幕的角落。
  如此的策略,无非是要提升开发效率,延展网络内容的服务。
  


  注:其实,飞利浦半导体(现在之NXP)很早就推出TriMedia多媒体处理器,此类型的处理器多半具备有VLIW架构,可加速多媒体视讯的运算。不过是强调信号处理功力,没有涉及到Internet的存取架构。
  从模拟转数字,是第一变革期。因特网接续世界是第二变革期。尔后,数字家电因应环境生态则是第三变革期。英特尔使用“Consumer Electronics 3.0”来称呼,投入CE 3100整合芯片SoC的研发。目标是网络家电领域,范围很广,想的到的STB、光驱、数字电视、HDD录像机等,皆是该公司要参入的机会点。此类产品必须兼顾浏览因特网内容的柔软性以及高度的画像处理能力。前者的因应方案就是搭载IA架构的处理器,后者则是纳入网络家电取向的最先端机能。
  以网络家电的定位来说,依据判段须具备有底下三个基本机能:
  ● HD高画质动画处理能力。
  ● 家庭剧院并列的音质再生。
  ● 先进的3D图像呈现。
  HD等级高画质视讯(Video)以及音频(Audio)的译码需要比较多的计算量,使用专属的硬件加速器;而标准画质的视讯之译码,只须依靠微处理器的性能以软件译码的方式绰绰有余。更具体的来说,诸如 MPEG2、H.264、VC-1等标准规格的压缩格式,用硬件的对策。而其他以外的视频压缩格式用软件来因应。
  注:VC-1乃是微软所开发动画压缩方式Windows Media Video 9规格化的编码方式。2007年Windows Media Player 11之后,有内建VC-1解。
  比较奇怪的地方是有些日商出品的DVD播放器,却往往加入DivX机能。也许是地区性的使用差异性吧。
  至于音频方面,由于压缩方法以及环绕技术实在是太多种多样化,采用专用DSP数字信号处理器来对付,好处是可以与未来新的任何标准规格都可对应,同时开发时间得以短缩,电力效率特性也比较卓越。消费者的视听体验范围广。
  


  


  


  CE 3100的泛用处理器核心,系采用多年以前搭载于笔记本电脑的Pentium M,2次快取256KB,是一低消耗电力型的处理器核心。动作频率800MHz,担当芯片的全体协调、电子节目表的使用接口、Internet的内容与服务、局部媒体的管理检索等任务。
  认真说来,真正低消耗电力的处理器核心,该是首推Atom处理器,为何没有采用。答案很简单,就是开发时期的考虑。其实,开发代码“Sodaville”的产品就是使用45nm制程、high-k金属闸的SoC芯片。2009-2010年也许就可以见到。
  底下就将CE 3100的搭载机能,整理成表3:
  注:DirectFB系德商Convergence所推动的Open Source,建构于Linux Framebuffer Device之上的新图形标准。定位于中高阶绘图应用、游戏、STB以及MHP(Multi-media Home Platform。
  注:“OpenGL ES”是以跨平台计算机绘图 API“OpenGL”子集合为基础,以应用于便携设备、家电或游乐器等嵌入式系统为主要诉求而制定的新一代 3D绘图 API。
  注:OpenVG系Khronos集团所开发的开放性向量图像API规范,2005年8月1.0版;2008年12月1.1版。可从http://www.khronos.org/registry/vg/网站来取得技术规格。
  网络家电特征取向的机能单元对应MPEG2、H.264、VC-1是很基本的;能够同时译码两个1080p的视讯信号才是特点。如此一来,实现母子画面PiP(Picture in Picture)就容易多了。数字放送、IPTV的接收,由于有三信道的DDR2内存,频道(信道)的切换就可高速进行。
  视讯译码器不单是用于一般的再生播放,还可以实践所谓的窍门模式(Trick mode),用来逆再生或是含声音的快转等。
  


  “GMA500 with 2D/3D capability”的图像处理单元,负责2D/3D图像的处理。2D处理器描绘用户接口等图像与文字处理,支持DirectFB与OpenVG 1.0;能够进行视频缩放(Scaling)的分辨率变换。3D处理器对应Shader Model 3,最多可以每秒描绘1300万个Polygon。GMA500系采用英商Imagination Technology的PowerVR SGX535之IP核心。
  PowerVR SGX535支持两个泛用多线程双可缩放遮影器架构(Multi-threaded dual universal scalable shader),用来像素/顶点处理,区块(Block)传送、Alpha-blending、反锯齿(Anti-alliasing)等,以硬件来实现。在家电的世界里,使用如GMA500图像处理核心般的场合并不多见,多数的家电厂商是以2次元的的图像用户接口就认为足够有余。然而,若是电视上了因特网,所处理的内容媒体种类繁多,使用3D图像的场合会增多,也许会从游戏、KARAOKE开始也说不定。因此,CE 3100能够对应OpenGL ES 1.1/2.0,是高度的图像处理机能。
  依据CE 3100对于影音串流的处理流程来看,视讯(Video)与图像(Graphic)两者的处理是等价的对待。而该两种类的输出的合成担当角色就是“显示控制器”,亦即方块图中的“Video Output Composition”。视讯译码器的输出先送往显示处理器,执行画质的改善,然后再透过5枚描绘Plane之一来输出。其中,显示处理器对于画质的改善,机器开发者是可编程的(Programmable)。例如说,输入的画像是交织扫描(Interleave)的形式,可以藉由IP转换成动态的循序扫描(Progressive)。同样地,胶片的动画也能够3:2 Pull-down变换。而显示处理器能够以10位的精度来输出1080p的动画。为了降低画像的噪声,备有9 tap的128相位滤波器。当将影像从SD转换成HD时,可以发挥降低轮廓有锯齿状的情形。
  图像处理器的输出也是相同的5枚描绘Plane之一来输出。而显示控制器正是组合该5枚描绘Plane,基于Alpha-Blending的信息,结合后而输出的;其中,Alpha-Plane最大有2枚(8位)。每个组件10位的精度输入,变换为36位的RGB、YCbCr等格式。
  注:常见的色空间有RGB与YUV。常见的视讯格式有:
  CE3100除了信号的译码,尚备有著作权管理专用的处理器。安全性(Security)处理器拥有两个SmartCard(ISO7816)的接口,可对应AAC(美国缆线电视、日本MULTI2、Blu-Ray光盘)等主要加密处理。加密键可以当硬件键(Hard key)来保存,安全性处理器的起动区块也可以加密。因此,能够实现信赖性高、高性能的加密处理。
  一旦安全性处理器许可再生,传送(Transport)处理器与安全性处理器各自独立,实时进行传载串流(TS)的加密解读处理。可以同时处理4个TS。所能够支持的TS,计有DVB、ATS、ARIB、MPEG-2、OCAP、DirectTV等。此处的TS会区分为视频或是音频的ES(Elementary stream),然后再送往视频译码器或是音频DSP。
  音频的处理,有两个可编程的DSP,可以实现高质量家庭剧院7.1声道的环绕效果。
  注:OCAP(Open Cable Application Platform)系美国双向CATV电缆电视的基盘。也就是iTV(Interactive TV)的Middleware规格。
  注:DirectTV系美国最大的数字卫星放送。
  注:ES(Elementary stream),是指经过压缩后的节目内容Audio ES,Video ES。
  以上所言乃是任何打入数字家电市场必要的东西。而CE 3100真正最大的冲击该是Internet网络存取的构造。英特尔与Yahooo所共同开发的“Widget Channel”,于IDF 2008上发表。“Widget Channel”乃是建立在Linux上的Widget执行环境。此处的Widget(无仿视为附件用的小软件)是指HTML、JavaScript、Flash等数字家电网络接续的小程序。
  利用Widget Channel的好处是让电视更富有魅力,数字平面电视的发展在拼尺寸、拼薄型化已经到了几乎无计可施的地步,CEATEC 2007/2008、CES 2008上厂商的阵势,很明显大家转向投入拼省电力的方向了,节能减碳是当正夯的绿色环境议题。那下一步呢?焦点是如何让电视变得更有趣、更好玩。在此前提下,当前较为可行之道当然是电视上网了。Widget Channel有三种方式让Widget显示在画面上。
  之一,于画面下出现多数个Widget,所谓的月台(Dock)方式。
  之二,画面左侧出现一个Widget的方式,是侧边列(Sidebar)的方式。
  之三,一个Widget占有全银幕的方式。
  全银幕状态下,用户接口依然有效可以动作。从Widget Channel迁移到入口服务网络(Service Portal),做您想做的事情。也可以将通常用到的入口服务崁入到Widget中。那么正在看电视的消费者,就可以知道到着的电子邮件或即时消息。电视与Widget Channel可以同时出现在画面上。
  依据官方资料,“Widget Channel”与“Yahoo! Widget”兼容性高;光是计算机用的Widget就超过了4000个。又公开提供了API,对于开发效率以及未来厂商因应消费者属性来开发客制化的场合也是可以的。
  一个安装有“Widget Gallery”管理软件的机器,会负责控制Widget的执行。由于机器厂商不见得要用Intel标准的Widget,而使用者所需要期望的也未必是标准的Widget。因此,外部的“Widget Gallery Service”可以是利用Intel的标准Widget,或是转移到机器厂商的自行管理方式,拥有独自的用户接口。透过“Widget Gallery Service”的方式,可以一元化认证、管理安全又确实的Widget。
  CE 3100对于机器开发者的另一项贡献,就是为了提高开发效率所提供的开发工具以及中间件(Middleware)。
  使用IA核心的好处,是过去累积经验与人才足够,开发效率高。比如说,在Linux上以C语言所开的用户接口或是媒体再生,很容易移植到IA处理器核心上。
  CEATEC 2008,Sharp制造的Smart Phone“WILLCOM D4”,乃是利用了美商UIEvolution所提供的UIEngine,化身为智能型遥控器,来控制CE 3100。
  注:CENTRINO ATOM之Logo出现半年后已经消失。
  总之,不难预期CE 3100只是个前哨军;英特尔的拿手好戏是Atom制程(或是更先进)的处理器才是真命天子。IPTV会不会成为未来电视破坏王,很难猜。若是未来的电视机也来个“Intel Inside”,那电视厂商实在也仅能怪自己太不争气了。
  
  参考数据暨延伸阅读:
  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规格。
  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. 日经电子继日经网,http://techon.nikkeibp.co.jp/。
  15. 未来电视破坏王,陈乃塘。
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