針對低功耗IA裝置的電源效率設計
- DIGITIMES企劃
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近來Google TV、Apple TV或是多媒體播放器這類資訊家電(Information Appliance)產品，其功能面需要有如家電般的Instant-On操作體驗，在節能方面要同時達到隨時取用裝置功能、又得兼具最佳化的電源管理與使用效率，循此，不僅要重新檢視產品的設計架構，在電源的應用規劃上，也面臨了更多的技術挑戰...
家電型產品，其使用模式與一般3C或IT產品有很大的不同，例如，電視的應用方式為整日接續電源、處於待機狀態，而在使用者開啟遙控器電源或是主機上的電源時，啟用面板顯示、Tuner模組進行接收與轉換視訊，直至影像呈現於眼前，期間所花的時間應不能超過數秒。這代表著什麼？首先是哪些功能模組需處於待機狀態、喚醒運行的時間差必須不能影響開機速度的關鍵KPI，而此為運行速度與啟用服務的效能考量，在實際的產品功能已能滿足應用所需後，還必須透過架構調整，進行待機能耗表現的最佳化設計。
前述的待機能耗最佳化，傳統家電已經有相當程度的發展經驗，其系統架構也具備一定的完整性，但對於較前衛的網路服務加值型產品來說，這類設計就必須重新進行規劃，以達到較佳的能耗表現，尤其是目前逐漸在市場露出曙光的Smart TV、Internet Digital photo frame等網路化產品，在整合網路應用的部分，就必須針對外加的網路服務接取、運算模組進行深入能耗分析與設計調整，以維持原有家電化產品應有的效能表現，同時兼具與一般家電相當的整體能耗與使用經驗。
家電朝連網服務與大量電算應用發展 考驗整體電源設計複雜度
以目前方興未艾的Smart TV為例，光是讓家用電視升級Smart TV就有相當多的整合方式，一是利用原有的電視搭配具網路服務接取能力之數位機上盒，來建構Smart TV應用環境，另一種是直接採購已整合Smart TV的電視設備，滿足讓家電具備網路服務的應用目的。
以整合型產品為例，產品在接取網路服務的關鍵運算模組，為了因應設備休眠、啟用、提供服務等不同使用階段，就必須有不同的電源使用策略，使整體設計可以符合消費者的使用期待。也就是說，家電需要的省電、隨開即用表現，在Smart TV都需要延續下來。
而在產品規劃方面，以整合型的Smart TV來看，產品開發者可在目前現有的LCD TV架構下，接取網路服務的運算平台解決方案，最簡單的作法為採獨立設計的電視模組，搭配獨立設計的運算平台，亦即電視內包含兩塊系統，共享同一組電源供應系統與機殼，但這種作法會讓產品的整合出現落差，或是得到較無效益的整合結果。
比較務實的作法是，可嘗試利用功能模組，在開發階段即將產品架構切割成數塊關鍵功能，在進行產品開發前先就不同功能模組設定對應的資料接口與電氣規範，同時設立不同模組的KPI表現，並讓開發團隊分組驗證各別關鍵功能，而在模組功能趨完善後，再進行專案整合，讓各模組結合關鍵服務，形成一個相對完整的基礎設計。一旦基礎設計完成，隨即進行相關功能的驗收、微調，如此在產品的後期設計階段便能獲致較接近理想的成果。
相同的，另一種思考是將這類整合型產品，採取整體性的產品架構重整，畢竟，運算平台若採模組或分離式設計，即會在系統整合方面出現某些限制，例如，在電源管理方面，整體產品在待機未用時，電算平台的待機處理原則？或是諸如Smart TV此類產品，當其處於一般的電視觀賞模式時，電算平台是否需要進入低耗能的省電模式？若是採用分離式的設計方案，恐怕無法在進階的電源管理、應用功能管理上得到較具效益的成果，使節能設計在降低非必要能耗方面出現開發瓶頸。
大量連網與多媒體應用 選擇相對省電的電算平台來因應
除了產品的開發架構與整合方針考量，越來越多的整合型產品要求的電算平台功能，早已超越整合目的，甚至要能達到如同一般電腦應用所需的大型系統表現。以Apple在iOS Device或是電腦產品大量使用的Facetime視訊電話服務為例，其功能為透過無線或其他網路技術，進行免費的網路視訊對話應用，裝置內的電算系統必須同時負荷視訊捕捉、視訊即時H.264硬體壓縮、音訊/視訊傳輸等關鍵任務，該電算平台的效能表現，即左右了整個加值應用服務是否堪用的重要關鍵。
例如，開發階段若採用較早期的嵌入式電算平台，若沒有其他硬體加速方案支援(如視訊H.264硬體壓縮、圖形硬體加速)，可能在處理影像與音訊串流傳輸時難以擁有流暢表現；或許其成本相對低廉，低功耗的特性也能達到設計目標，但在商品化時，產品的實際效用便可能打了折扣。
觀察現有的外接型Smart TV產品，其視覺操作介面的設計方針，已逐步朝向整合圖形硬體加速技術的趨勢發展(如Apple TV、Google TV)等，若產品選用了運算效能有限的系統平台，在市場競爭的現實下，若產品實機展示的效果不如競爭品牌，自然其銷售表現也不會太好。
幸運的是，目前市場上已有大量的嵌入式系統電算平台解決方案可用，例如基於多核心ARM的TIGRA/TIGRA2平台，或是具x86運行環境優勢的Intel CE4100、AMD FUSION APU等解決方案，來因應產品整合的需求，不僅在電算平台的能耗表現與整體性能表現，已有相當接近一般電算平台的水準，至少因應寬頻的網路內容服務、多媒體處理這類特定類型的應用，這幾款電算平台均已整合硬體加速技術，讓整體平台可以用最少的離散元件達到成本與效能的最佳化，也足以因應目前在家電上運行的多項熱門應用。
此外，新一代針對多媒體與寬頻網路服務開發的電算平台，也嘗試採行單晶片的整合元件，以使整體的運行功耗降低。在核心晶片方面，透過動態電壓與外部頻率調整，可達到管理整體平台功耗的目的，系統甚至能支援極低電壓的待機模式。惟須注意，降低功耗的同時，也會產生系統效能降低或達到正常運行效能的時間差問題，降低功耗是否也會降低使用者體驗，必須在產品企劃階段即建立各項功能績效指標，讓整合後的產品在效能與功耗方面皆滿足合理的量化要求，且避免無限擴充產品功能，使產品失去最佳化的設計平衡。
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