數位家庭的有力心臟 RISC或X86?
 
 
 

從網路時代以來,消費者數位內容的應用與需求蓬勃發展,然而根據科技的進步,消費者對處理器能力的需求也越來越高,而這些需求要從幾個面向來探討。

從整個觀念來看,數位家庭應該是從內容來進行區隔,然而這些內容也需要整個應用環境來搭配,舉例來說,當我們擁有了網路,可以進行網頁瀏覽,而這些顯示在消費者螢幕之前的文字與圖像,便是數位內容的一種呈現方式,而隨著科技進步,消費者所能獲得的頻寬也越來越高,除了傳統的文字與圖片以外,利用網路來傳輸影音資料成了趨勢,當然,原始的影音資料都是以類比形式存在的,必須先轉成數位的形式,而為了遷就於頻寬與儲存容量限制,各種如MPEG-2、MPEG-4、H.264等影音壓縮標準也隨之應運而生,這些標準藉由犧牲程度不等的視訊細節,以及對處理器的運算能力需求,來達到節省頻寬需求的目的。

數位內容主導了整個數位家庭硬體架構的發展,從單純文字、圖片,到各種解析度與品質要求的視訊內容這樣的進展,便深深的影響到硬體環境的進展。由於消費者對品質的需求越來越高,從QVGA、VGA、XGA,到現在已經進展到1080P的HD高畫質,為了在維持視訊品質的前提下,降低這些高畫質內容所帶來的恐怖頻寬需求,勢必採用更為複雜的視訊壓縮標準來進行壓縮,雖說目前這些解碼需求多以硬體線路來達成,但視訊串流在網路上的通行、在不同儲存媒體之間的傳輸動作、使用者介面的流暢性,中央處理器架構依然要具備一定的運算效能才能達到完美的表現。

談到處理器架構,X86時代的三高(高時脈、高效能與高耗電)已經不能滿足數位家庭的需求。現在的數位家庭,講求的是在足夠的運算效能前提下,必須具備有極為省電的能力,與X86架構相較起來,目前的RISC體系處理器(比如:ARM)要更適合數位家庭的需求。

地位越趨重要的家庭多媒體中心




圖說:整合多功能多應用的STB多媒體中心漸成市場主流架構。(本圖由KatDC提供)


當網路從有線進展到無線,家庭中的佈線環境也隨之起了變革,以往從ADSL延伸出來的個別電腦,發展到現在,形成諸如 DMA、Location Free甚至是MediaCenter Server等架構,電腦與電腦之間不再是無效率的網路芳鄰,而是可以依據應用與媒體的不同,來形成不同的功能服務,消費者也不再需要進行各項繁複的設定,只要連接上網路(不論是有線或無線),機器的功能要可以馬上到位,達到幾乎完全不需要設定的地步,才能算是合格的多媒體中心伺服器。

傳統的家庭多媒體伺服器多以PC架構為延伸,但是考慮到PC軟硬體環境並不是那麼嚴謹,不僅設定耗時,穩定性也往往不能合乎基本要求,主流作業系統由於採開放式架構,面對網路上的各種惡意入侵,可以說毫無抵抗之力。採用PC平台的多媒體伺服器還有另外一個缺點,那就是 PC處理器與晶片組的搭配在功耗上非常的驚人,多媒體伺服器通常都要求相當長的開機時數,若是採用傳統的PC伺服器,與現在主流ARM架構媒體中心伺服器 \STB(Set Top Box)對比之下,光電費可能就要多出數倍到數十倍之譜,與目前IT應用中訴求的綠色環保趨勢,顯然是背道而馳。

從STB出發 目標是主控家中網路多媒體應用

以科勝訊公司(Conexant Systems, Inc.)為例,該公司針對數位家庭產品,具有一系列從前端晶片到終端產品的解決方案,在相關產品市場上為領導品牌之一。以其主力STB應用產品而言,便肩負了數位化的內容傳輸、解碼與配送等不同任務,這些數位化的內容可能來自衛星、纜線、數位電視訊號,甚至是IP網路,然而STB發展至今,也已經不再是純粹的影音播放裝置,取而代之的,是主導整個家庭的數位內容儲存與配送的中央控管角色,播放能力依然被要求,畢竟視訊內容越來越要求品質,編解碼複雜度也越來越高,為了解決這個問題,科勝訊選擇了ARM處理器架構來作為SoC的核心,其採用的 ARM11核心,在600MHz時可以達到800DMIPS以上運算效能表現,搭配該公司極具效率以及可伸展性的硬體視訊解碼設計,可以完全肩負起HD高畫質視訊的運算需求。




圖說:科勝訊的應用處理器,包含了從網路、儲存、視訊輸出入、音效輸出入、USB、PCI等完整的方案,等於是具體而微的一個完整系統。(本圖由Conexant提供)


既然採用硬體線路來進行視訊解碼,那何必採用如此強大的ARM核心?首先我們要考慮到同時具備家庭多媒體伺服器角色的 STB產品,必須同時肩負起IP協定傳輸、週邊溝通、人機介面、數位內容保護的加解密、不同視訊頻道的切換動作,要讓這些應用需求同時達到流暢的切換與進行,不僅要求處理器的高效能,甚至也要考慮整合諸如Mali繪圖核心、Jazelle硬體加速等能力,搭配諸如KatDC(凱太數位)公司等極具效率的 MiddleWare,如此方能形成具備競爭力的解決方案。




圖說:ARM核心成為整個解決方案的有力基層,科勝訊的SoC產品結合KatDC的MiddleWare與應用層,讓終端開發商可以輕易搭配出自己的專屬應用體系。(本圖由KatDC提供)


考慮到IC設計的三大需求:功耗、效能以及Die size,選擇合宜的處理器架構至為關鍵,為了追求其中一項表現,而忽略了整體的均衡,就無法稱為最佳的解決方案。面對數位家庭的新型態運算需求,採用功耗與效能表現達到均衡比例的ARM處理器,成為諸如科勝訊等IC設計公司的最佳方案之一,而面對未來更為高漲的運算性能需求(3D介面、更高頻寬的無線網路環境、更複雜的週邊控制以及更高品質的影音串流),ARM公司也提出了具備更高效能表現的多核心體系,可在具備更低功耗、更高效能及更低單位晶片成本的條件之下,充分滿足不同等級的產品運算需求。

(本文由Conexant、KatDC及ARM聯合提供)