Smart TV、STB帶動嵌入式處理器朝多核心架構重點升級

3D影音的大螢幕播放應用，大幅考驗智慧電視、高階平板電腦、數位機上盒的應用效能。Asus

嵌入式應用已不再是以往僅強調低功耗、低成本的產品開發方向，尤其是平面電視大舉導入Smart TV智慧電視應用後，對於嵌入式系統硬體的要求已呈現跳躍性成長，嵌入式系統不只要應付高度整合的高解析度數位內容處理，還必須能滿足3D GUI、3D電玩、1080p甚至未來4K x 2K的超高解析度運算應用需求...

早期資訊家電的應用需求，嵌入式系統扮演的角色僅為讓單純的家電多了電腦運算、儲存與處理的能力，系統運算應用屬於附加的輔助性質，最多也只是讓家電具備簡單的自動控制功能。

但IA(Information Appliances)應用在結合影音視聽的跳躍性發展下，原本僅可勉強處理標準解析度視聽內容的嵌入式系統電算平台，還算能應付需求，但若要因應現有主流的720p、1080p視訊與互動應用，低於800MHz的單核處理平台在性能表現已遇到瓶頸，現有的主流因應設計方案多採用提高單核處理單元的外頻，或是先用雙核心1GHz的解決方案，應付產品的效能需求。

因應未來高清影音應用 嵌入式系統需在效能再升級

但即便是現有的主流嵌入式處理器方案，短期內因應1080p、3D影音的TV或機上盒應用，還能勉強支撐其絕大多數的設計要求，但若需要進階到高清錄影、3D互動GUI(Graphical User Interface)、3D互動影音應用時，現有的單核或雙核嵌入式系統平台，效能表現就顯得差強人意，而現有矽晶片的製程改善也有其物理極限，短時間無法獲得具效益的性能提升方案，反而利用多核SoC的設計方案，可以快速達到提升性能、低成本的性能升級目標。

針對此發展趨勢，即便x86架構的嵌入式應用也期待能在TV與Set-top-box等視聽娛樂應用方面，搶得原有嵌入式應用平台的市場佔有率，但實際上即使Intel與AMD等x86處理器業者相繼推出針對低功耗應用場合開發的解決方案，對嵌入式處理平台的影響仍微乎其微。

x86雖有多核方案 但功耗表現仍較ARM應用表現遜色

因為x86架構雖在效能與開發資源可具較彈性的應用條件，但實際上其性能提升也必須面對功耗與元件散熱等問題需處理，不僅在料件成本會較嵌入式應用平台高許多，設計方案與現有廣泛使用的嵌入式應用資源，要切入應用供應鏈也不似PC產業的產品應用導入這麼簡單。

嵌入式處理器產品業者，如ARM已針對未來視聽應用可能需要的高效能運算應用需求，逐步布局多核處理器、多核GPU的SoC整合方案，尤其以ARM本身的處理器IP即具備亮眼的低功耗表現，透過IP授權，可以讓需求業者利用IP整合方式，滿足需要應用效能的運算核心產品，以開發越來越多的多核心終端應用需求。

尤其是影音娛樂裝置持續導入高畫質影音內容，甚至可在TV或機上盒應用高負載的3D遊戲娛樂內容，隨著這些數位內容數量提升，內容改變的不僅只有螢幕解析度的持續增加，更大的影響是面對巨量視聽內容需求的處理數據激增，對高效能的處理器與GPU的性能要求會越來越高，利用多核心的處理單元搭配多核GPU可有效紓解影像處理的運算瓶頸。

ARM Mali GPU多核設計 因應需求至多可選8核方案

例如ARM積極推出Mali系列的GPU IP產品線，除低階面對行動電話應用的單核、雙核GPU IP在此先不討論外，ARM以Mali 450MP多GPU圖像處理器核心技術，來鎖定智慧電視與高階智慧型行動電話市場。

觀察Mali新舊版本規格差異，Mali 450MP GPU相較於上一代Mali 400的效能檢視，Mali 450MP GPU在Vertex Processing可負荷的影像資料處理量，新版產品IP可獲得前代產品的兩倍提升，Mali 450MP GPU IP視產品規劃需求，可提供用戶最高多達8核心的IP組合方案，Mali 450MP GPU不只在運行效能、元件功耗等多方表現超越前代Mali 400產品，同時新的GPU IP系統架構同步優化，已能將繪圖處理的系統資源應用效能提升，同時利用新架構改善元件功耗和運算頻寬降到最低。

為了讓已使用ARM解決方案的開發商，能夠快速延伸應用進階版本的Mali 450MP GPU多核矽智財，Mali 450MP在性能提升的同時，維持與前代Mali 400架構設計預留可回溯支援的應用彈性，這對已經使用原有Mali 400 IP的硬體開發商，可以維持原有的IP架構快速升級至最多可達8核心的Mali 450MP GPU應用層次，輕鬆開發足以因應未來應用需求的SoC或硬體產品。

此外，為讓Mali 450MP GPU IP充分發揮性能升級效益、縮短產品上市與最佳化效能的工程投入，ARM也針對Mali 450MP GPU提供針對最新Open GL ES 2.0的最佳化架構設計，加速應用的程式介面(Application programming interface；API)設計與Open GL ES 2.0相容，降低新產品開發的技術門檻，同時也能強化實機的3D應用效能表現。

Qualcomm 4核Krait方案來勢洶洶

此外，在嵌入式系統的多核處理器競爭下，通訊晶片商Qualcomm也選擇採多核型態來快速提升產品效能，因應未來嵌入式系統的繁重多媒體處理要求！例如，近來發表的4核心Krait(原為Qualcomm的Snapdragon產品線，4核心設計方案研發代號Krait，為採行28nm製程、最高2.5GHz外頻)。

與Krait搭配的Adreno 320也是效能提升的一大關鍵，因為此款GPU在Qualcomm宣稱，相較前代新版本設計具15倍效能提升、功耗卻表現接近！至於新款Krait 4核設計方案，性能約為前代產品的1.5倍，但整體運行功耗僅有往常的65%，代表省電性能更勝以往版本。從現有公布的資料可以了解，最新的參考設計雖是由LG的實作手機樣品，但實際上這款參考設計硬體規格已有1280 x 768顯示螢幕、晶片採28nm製程，並搭配Adreno 320 GPU等，至於處理器的外頻為一般主流的1.5GHz設計，性能表現已經略具發展高階智能電視、機上盒的效能水準。

目前應用最熱門的NVIDIA Tegra 3嵌入式方案，基本上也是採取4核心的設計型態，相較前代的Tegra 2僅有雙核方案比較，4核設計的Tegra 3號稱網頁瀏覽效能可以較以往提升2倍，同時Tegra 3整合硬體加速Flash播放設計，對目前大量的Flash網頁應用更具有提速的效果，同時，為了滿足效能提升、功耗壓低的設計目標，Tegra 3也整合了第五代的省電設計。

Tegra 3除SoC裡頭搭載了整合式超低功耗(ULP) GeForce GPU外，原有的Tegra 3 四核心設計還追加一組第5顆省電CPU，作用在當高運算需求時，Tegra 3可以採可變對稱式多重處理(Variable SMP)架構提供最大運算能力，視工作量動態調整4組核心配合運行組合，當處理低運算需求的工作時，則關閉高效能核心，僅以第5顆省電CPU來完成基本運算處理，達到最佳化電源管理的設計目標。

NovaThor U85XX 利用製造技術強化晶片性能與功耗表現

未來多核心Soc將會是一個趨勢，但對基礎的矽製程也受到時脈提高的應用挑戰，例如ARM的多核心運用需朝高效能、降低耗能量來維持與x86方案的競爭差距，目前主流ARM器件已大量導入32nm甚至28nm製程量產、以SoC產品型態出貨，而更進一步已有ARM產品開始採20nm試產、測試，更精密的製程預計會在2013年投入產品量產，緊接著還有低於14nm的製程測試計畫，試圖利用製程直接改善SoC的運算體質。

除ARM提供的多核應用IP外，在現有多個嵌入式處理器應用方案，同樣嘗試運用矽晶片製程強化運行效能，例如，整合LTE通訊應用的NovaThor U85XX解決方案，即號稱可運用FD-SOI製程來讓矽晶片本身運行時脈大幅提升，同時功耗也可壓低。

在NovaThor U8540解決方案中，以FD-SOI製作技術可讓外頻運作時脈提高至2.5GHz，業者號稱可達到以往近似設計的2倍效能！甚至在維持高效能運行的同時，驅動晶片電壓也僅需0.6V就能驅動，而在最高效能運行模式所消耗的電能，也比同性能水準產品有超過30%的節能效果。