行動裝置將愈來愈有看頭。因應市場日益嚴苛的視覺體驗要求,包括中央處理器(CPU)、繪圖處理器(GPU)、光感測器、顯示器驅動晶片,以及ePD介面晶片等業者,皆積極提高新一代方案的視覺處理效能,以協助行動裝置制造商打造更令消費者驚艷的產品。
行動裝置將具備嶄新“視”野。行動裝置品牌商正競相透過不斷拉高與視覺相關的關鍵元件性能和規格,以開發出具備令終端消費者驚艷的視覺體驗產品,成為拉大與競爭對手產品差異化的一大利器。
行動裝置的視覺體驗將大翻新。從全球前五大智慧型手機和平板裝置品牌商新一代產品規格觀之,螢幕尺寸與解析度、處理器及相機規格皆較于前一代大幅升級(表1、2),如螢幕尺寸4寸/8.9寸起跳、面板解析度拉高至FHD(1,080p)、處理器由雙核心提高至八核心甚至是64位元架構,以及相機畫素最高達1,300萬。 不僅如此,各品牌商預計于2014年發布的下一代產品規格將帶來更細致的視覺體驗,所配備與視覺相關的關鍵元件,如中央處理器(CPU)、繪圖處理器(GPU)、光感測IC、eDP介面晶片、高畫質(HD)面板驅動IC等效能將出現更突破性的進展,如導入7寸/11寸以上面板、4K×2K解析度螢幕、兼顧性能和功耗的異質系統架構(HSA)處理器,更加印證出行動裝置品牌商正掀起一波新眼球革命,未來對于旗下產品線所能提供的視覺體驗要求將會愈來愈高,并驅動著相關關鍵元件的快速進化。
行動裝置視覺應用不斷翻新 驅動CPU/GPU效能大躍進
行動裝置搭載4K×2K解析度螢幕及更高解析度的應用已勢不可當,正加速中央處理器和繪圖處理器規格演進。特別是在更高解析度的應用程式檔案增多之下,動態隨機存取記憶體(DRAM)的容量亦跟著提高,對于能提供更多記憶體定址能力(Memory Addressability)的64位元架構處理器需求將更加殷切。
也因此,繼蘋果(Apple)、三星(Samsung)之后,高通(Qualcomm)和瑞芯微近期亦相繼表態準備投入64位元處理器產品線的開發,預期將帶動64位元處理器市場戰火急速升溫。
助力多媒體效能大躍進 64位元處理器加速普及
圖1 高通技術行銷總監Maged Zaki表示,4K×2K解析度螢幕應用日益普及,將成為推動CPU和GPU處理器架構和效能不斷進化的引擎。
高通技術行銷總監Maged Zaki(圖1)表示,64位元處理器,長期來說將朝大容量記憶體推進,并同時解決ARMv8指令級架構(ISA)整合的問題,且因市場發展趨勢逐漸朝向這種新型態的運算模式,未來將如同在個人電腦(PC)市場般逐漸被廣為市場所采用。
Zaki進一步指出,看好64位元處理器市場前景,高通已計劃將其導入產品藍圖,并同時與行動硬體和軟體生態系統(Ecosystem)保持一致,使其符合市場需求。
至于瑞芯微,則已預定于2014年下半年采用安謀國際(ARM)處理器架構、28奈米制程正式投產首款64位元處理器,將成為其擴大在平板裝置、智慧電視盒、筆記型電腦等運算應用市占的一大利器。
三星亦于日前宣布將于2014年發布分別采用安謀國際和自家核心所開發的64位元處理器,并導入于新一代智慧型手機中。
圖2 輝達技術行銷工程師張佑綸指出,瞄準64位元處理器已為大勢所趨,該公司亦有發展64位元處理器的計劃,惟時間點尚未可對外公布。
輝達(NVIDIA)技術行銷工程師張佑綸(圖2)亦透露,該公司未來亦不會在64位元處理器市場缺席,將結合安謀國際處理器核心,開發出相關產品。不過,目前輝達尚未觀察到行動裝置市場對于64位元處理器有更大的需求,因此發布相關產品線的時間點將視市場需求量多寡而定。
值此處理器大廠陸續加入市場戰局,讓64位元處理器市場競爭更趨白熱化之際,安謀國際新一代Cortex-A50系列處理器核心,亦開始支援大小核(big.LITTLE)設計架構,讓晶片商可開發出兼顧高運算效能與低耗電量的64位元應用處理器,預期將吸引更多行動裝置制造商采用,同時加快64位元處理器進駐智慧型手機和平板裝置市場。
安謀國際處理器部門市場行銷總監Ian Smythe(圖3)表示,行動裝置視覺應用不斷翻新,使得制造商對于處理器運算效能的要求愈來愈高,同時還須兼具低耗電量特性,因此該公司除研發出的Cortex-A50系列核心可提供64位元處理能力外,亦能支援big.LITTLE架構,以達到效能與功耗兼顧的目的。
圖3 安謀國際處理器部門市場行銷總監Ian Smythe認為,行動裝置對于處理器的運算效能要求更高,將成為該公司及其合作夥伴成長的新契機。
Smythe強調,Cortex-A50系列處理器在節能和效能優勢將更上一層樓,讓終端消費者能在行動裝置上完成更多工作,并延長電池使用壽命,可望被廣泛應用于主流市場;至于核心數的取舍將會依據不同的效能要求而變動。
安謀國際于2012年底發布的Cortex-A50系列,包括Cortex-A57和Cortex-A53核心,采用ARMv8-A架構,除可助力處理器廠商開發出更高運算效能的64位元架構處理器外,并增加符合現今行動聯網裝置安全需求的功能。Smythe預期,2014年采用Cortex-A50系列核心的處理器將會陸續登場。
除安謀國際之外,處理器矽智財(IP)供應商Imagination亦正如火如荼展開相關產品布局。Imagination多媒體技術市場行銷總監Peter McGuinness指出,MIPS戰士(Warrior)系列中央處理器將于未來12個月內持續擴展,以涵蓋完整的64位元和32位元版本,每個產品都能提供最佳的效能,并能獲益于MIPS架構的獨特效益,可從32位元無縫移植至64位元解決方案。
另一方面,在未來64位元架構處理器競相出籠后,雙核心處理器市場是否會逐步受到擠壓與沖擊也已引發市場關注。對此,Smythe認為,處理器業者會依據不同的效能和成本考量,開發行動裝置系統單晶片(SoC),換言之,市面上仍需要有差異化的處理器方案,以迎合低階至高階市場對于處理效能的要求,因此未來64位元架構處理器與雙核心處理器將會在不同市場并存。
除64位元架構處理器之外,行動裝置為在有限的耗電量下配備更高解析度螢幕及更豐富的人機介面,將會面臨極大的開發挑戰,遂讓中央處理器與繪圖處理器協同運算的HSA處理器架構在此視覺應用翻新下趁勢崛起;且由于HSA處理器架構支援64位元記憶體定址,未來將可與64位元處理器彼此互補。
支援UHD螢幕/攝錄影 HSA架構處理器戰力升級
看準行動裝置搭載4K×2K解析度螢幕及拍照和錄影將為大勢所趨,處理器大廠如聯發科與高通已相繼于近期發布采用HSA架構所開發新一代八核心處理器MT6592和四核心驍龍(Snapdragon)805,以進一步整合繪圖處理器,期能在強化視覺處理效能之際,同時降低耗電量。
Zaki表示,為致力于打造絕佳的行動裝置使用者體驗,如快速且功能強大的長程演進計劃(LTE)聯網、4K×2K解析度攝錄影/播放、高傳真音效、先進數位攝影功能、快速網頁瀏覽及無縫視訊串流,以及確保在效能及耗電量取得最佳化的平衡,異質處理器絕對是最佳的解決方案。
高通新一代四核心驍龍處理器中,中央處理器僅占整體面積的15%,剩下85%皆由繪圖處理器Adreno、數位訊號處理器Hexagon、感測器、顯示及定位引擎等各種異質運算引擎所組成,不同的異質運算引擎將在個別工作項目各擅勝場,以在更合理的價格及最低耗電量下,達到更長的電池續航力,提供現今市場最熱門的行動使用者體驗。
Zaki指出,未來應用處理器所帶來的新功能包括運算攝影(Computational Photography)、運算視覺(Computer Vision)、擴增實境(AR)、情境感知、手勢等,為提供這些新功能,該公司將持續在行動晶片組產品中整合各種專門處理引擎。
瞄準HSA處理器市場商機,安謀國際、Imagination等處理器矽智財供應商正緊鑼密鼓投入相關產品線開發,搶食市場大餅。
如安謀國際除繪圖處理器已支援64位元浮點運算,以更好的與64位元處理器協同工作之外,2013年亦發布浮點運算高達378GFLOPS的Mali Midgrad繪圖處理器,另外,搭配CCI-400(Cache Coherency Interconnection)的互聯架構,Mali Midgrad繪圖處理器將能與新一代的中央處理器達成快取資料一致性,亦即CPU快取里的資料毋須寫至外部記憶體,即可讓GPU看見,這對提高系統效能,降低反應延遲具有極大效益。
至于Imagination針對HSA處理器市場,除持續精進既有的繪圖處理器產品線之外,旗下的驅動程式、編譯器及開發工具亦將支援各種業界標準的應用程式介面(API),如OpenCL和Google Renderscript等,且會確保未來產品線皆能符合HSA處理器市場的規格要求。
此外,McGuinness認為,由于HSA處理器可支援OpenCL C++和微軟(Microsoft)的C++ AMP程式語言,因此更容易編寫高階程式語言,且將導致更多的高效能程式將會撰寫入中央處理器以外的處理器,顯著降低中央處理器在整體系統的重要性,相對而言,將會提高繪圖處理器在行動裝置的地位。且可以預期的是,由于HSA處理器的HSA中間語言(HSAIL)會被轉譯成底層的硬體指令集架構,未來處理器與傳統指令級架構相容的需求將不復存在。
提升圖像顯示品質 光感測IC擔當重任
面對行動裝置配備的螢幕解析度大幅躍進,除處理器之外,光感測IC的角色亦將會更加吃重,其尺寸與效能也將與時俱進,主流的三合一光感測IC方案尺寸正朝向更微型化邁進,有助于行動裝置品牌商縮小螢幕邊框,以導入更大尺寸螢幕;此外,為呈現更鮮艷的色彩影像,行動裝置品牌商亦將開始選用加添色彩感測器的三合一光感測IC方案,以提高產品的附加價值。
迎合品牌商導入大尺寸螢幕 三合一光感測IC尺寸微縮
在前十大智慧型手機品牌商競相于旗下產品線中導入之下,三合一光感測IC方案已陷入激烈的價格戰,也因此,***晶技正挾專利的類三維(3D)陶瓷封裝技術,搶先業界開發出首款微型化三合一光感測IC方案,尺寸僅2.5毫米×2毫米×1毫米,更利于品牌商配備更大尺寸的螢幕,突顯產品差異化;且具備更高的雜訊抑制能力和精準度,準備大舉插旗智慧型手機市場。
圖4 ***晶技行銷處副理郭家宏(右)預期,除高階智慧型手機之外,2014年中低階智慧型手機導入三合一光感測IC的比重亦將會逐步攀升。左為研發一處副處長姜健偉
***晶技行銷處副理郭家宏(圖4右)表示,整合環境光感測器(Ambient Light Sensor)、接近感測器(Proximity Sensor)及紅外線發光二極體(IR LED)的三合一光感測IC方案,現今單價已從2012年的1美元驟降至0.3美元。
有鑒于此,奧地利微電子(ams)、安華高(Avago)、凌耀、Maxim等三合一光感測IC方案供應商紛紛戮力縮小產品體積和增強產品性能,以提高產品附加價值,避免毛利率持續走跌。
***晶技研發一處副處長姜健偉(圖4左)指出,為強化產品競爭力,該公司近期已成功以獨家的類3D陶瓷封裝技術,投產微型化三合一光感測IC方案,不僅尺寸較前一代縮小40%,且藉由改良封裝結構,亦大幅提高雜訊抑制效能及精準度。
據了解,有別于傳統封裝技術系于印刷電路板(PCB)基板上平行置放感測IC和紅外線LED,***晶技的類3D陶瓷封裝技術則是于陶瓷基板上堆疊感測IC和紅外線LED,以增強阻隔紅外線的性能及于表面黏著(SMT)制程的抗熱能力,強化產品的可靠性及精確性。
郭家宏談到,該公司微型化三合一光感測IC已送樣給歐、韓、日及中國大陸智慧型手機品牌商,進入導入設計(Design In)階段,預計最快可于2014年第二季開始大量出貨,挹注營收貢獻。
至于下一代產品線的發展方向,郭家宏透露,從客戶的產品規畫藍圖觀之,未來除前十大智慧型手機品牌商之外,中低階智慧型手機品牌商亦將陸續提高產品搭載三合一光感測IC的比重,預期三合一光感測IC的單價仍將于0.3美元擺蕩,因此相關供應商將進一步提升產品的性價比,以增加營收和獲利。
也因此,姜健偉表示,該公司針對高階和中低價智慧型手機市場將分別于2014年再發布采用類3D陶瓷封裝技術量產,并高度整合環境光感測器、接近感測器、紅外線LED、全球衛星定位系統(GPS)及手勢感測的五合一方案,以及更具價格競爭力的二合一或三合一光感測IC,以迎合不同等級智慧型手機的性能和價格要求。
讓影像更絢麗 新光感測IC加入色彩感測功能
此外,因應行動裝置視覺應用日益豐富,奧地利微電子(ams)開發出可根據環境色溫自動調整顯示亮度的色彩感測器(Color Sensor),以助力行動裝置品牌商打造出能呈現更高亮麗色彩影像的產品,為行動裝置終端使用者創造更優質的視覺體驗。
圖5 奧地利微電子市場行銷總監Jerry Koontz談到,現今新一代的光感測器除可簡化人機介面之外,并提供終端消費者更直覺化的功能。
奧地利微電子市場行銷總監Jerry Koontz(圖5)表示,新一代的光感測器除可簡化人機介面之外,更能提供終端消費者更直覺化的功能。 Koontz說明,過去10年來,環境光感測器無所不在的應用于各式各樣消費性和非消費性的行動裝置,提供自動化的顯示螢幕亮度控制,以改善使用者體驗并降低整體系統功耗。
Koontz進一步指出,為創造更好的使用者體驗,且讓產品的人機介面更直覺化和簡易使用,行動裝置制造商對于能更全面偵測周遭環境的光感測器需求已日益殷切。
也因此,奧地利微電子于新一代的智慧型光感測IC產品線中除整合環境光感測器、紅外線接近感測器之外,更新增色彩感測器,其中環境光感測器可依據量測到的光源照度,提供自動化的顯示亮度控制;紅外線接近感測器能在使用者接收或撥打電話時關閉智慧型手機螢幕;而新興的色彩感測器則提供顯示亮度控制與色溫量測,以改善圖像顯示品質。
Koontz談到,隨著感測器在行動裝置的使用數量大幅增長,離散感測元件的導入將會持續對主處理器造成更大的負荷,亦會對整體系統效能造成負面影響。為解決這些問題,奧地利微電子的智慧型光感測IC已整合更多功能,將這些工作從主系統或應用處理器卸載下來。
除色彩感測器之外,奧地利微電子于新一代光感測IC中亦擴充手勢感測和條碼模擬技術;Koontz強調,前者將會促成嶄新的行動裝置應用;后者則系與Mobeam合作開發的獨家技術,日后將讓消費者可利用折價券、禮品卡與點數卡等條碼在全球零售商店進行兌換與商品交易。
此外,為協助行動裝置設計者克服將更多光學感測器整合至系統所伴隨的挑戰,奧地利微電子提供高整合度的感測器元件和軟體,以支援iOS和Android平臺,以及各種應用處理器和Sensor Hub方案。
Koontz談到,行動裝置將需要更高的系統效能,以支援新興的視覺應用,同時也須兼顧整體耗電量;因此,該公司將挾整合元件制造商(IDM)優勢,透過廣泛的感測器產品組合與感測器整合能力駕馭此一趨勢,并運用自有的先進高效能類比制程技術,以提供極低雜訊、高靈敏度和低功耗產品設計。
Koontz并預期,光感測器將在行動裝置開啟嶄新和令人期待的應用,如運用光感測器執行健康與體力診斷、液體及氣體分析、零接觸的內容互動(如游戲)等,將在未來的行動裝置實現更多實用的應用,為消費者提供更安全、更具娛樂性或能協助自我健康管理的工具,持續提升行動裝置在消費者日常生活中扮演的“中樞”角色。
除光感測IC之外,行動裝置配備更高解析度螢幕亦將加快eDP版本介面在行動裝置市場普及。
超高解析度螢幕助瀾 eDP1.4加速滲透行動裝置
eDP 1.4介面最快將于2014年在行動裝置市場快步起飛。行動裝置品牌廠持續推出2,560×1,600超高解析度的平板和智慧型手機,激勵處理器大廠加緊于旗下系統單晶片整合最新eDP版本介面,可讓加速擴大eDP 1.4介面在行動裝置市場的滲透率。
圖6 譜瑞***分公司戰略行銷經理 葉丹青強調,隨著行動裝置品牌商于產品中導入更高解析度螢幕,eDP 1.4將會壓縮主流MIPI介面市占。
譜瑞***分公司戰略行銷經理葉丹青(圖6)表示,盡管目前行動產業處理器介面(MIPI)仍為行動裝置顯示面板介面主流,但隨著品牌商持續擴大開發配備1,080p以上解析度面板的產品,將導致須配備的MIPI介面纜線數量激增,難以達成輕薄化外觀設計。
以目前MIPI D-PHY為例,其每條纜線傳輸率為1Gbit/s,若要支援1,080p解析度面板,須使用四條纜線方可滿足顯示資料傳輸量;相較之下,eDP介面每條纜線傳輸速率高達2.7Gbit/s,故僅須兩條纜線即可達成。
因此,在平板裝置品牌商競相于產品線中導入2,560×1,600超高解析度面板之下,eDP介面的優勢將會被更加突顯,如僅需四條eDP介面纜線即可支援2,560×1,600超高解析度螢幕的資料量,對縮減印刷電路板(PCB)及纜線數量具相當大的效益;若改用MIPI介面,則須配備倍數的纜線,將與品牌商打造輕薄化外觀的設計走向背道而馳。
據了解,eDP 1.4版本介面標準已于今年初發布,包括蘋果、三星等行動裝置品牌廠,以及高通、博通(Broadcom)、輝達、意法半導體(ST)、英特爾(Intel)、超微半導體(AMD)等處理器業者,皆積極參與該標準制定。
葉丹青指出,繼eDP 1.2、eDP 1.3之后,處理器大廠已加緊于下一代SoC整合eDP 1.4介面,預計最快于2014年下半年將會有產品提供給客戶導入設計(Design In),而在此之前,則會先提供樣品給eDP介面晶片商進行測試,以確保產品的相容性,降低開發風險。 此外,葉丹青補充,盡管eDP 1.2、eDP 1.3介面已可傳輸2,560×1,600解析度資料量,但VESA于eDP 1.4版本進一步強化行動裝置節能的相關規格,更符合行動裝置對于低功耗的要求。
據悉,eDP 1.4版本新增加強版局部背光控制、鏈結速度附加選項(Additional Link Rate Options)與多點觸控等功能,有助于eDP輸出電壓下降,且節省整體觸控面板功耗,讓行動裝置尤其是智慧型手機制造商可提高電池使用時間。
看好eDP 1.4介面市場可望于2014年萌芽,葉丹青透露,該公司預計于2014年下半年發布首款支援eDP 1.4介面時序控制器(T-Con)晶片,積極搶市。
不僅是eDP,1,080p解析度螢幕亦將加速帶動FHD面板驅動IC出貨看漲,并逐步取代WVGA(480p)成為成長最快速的驅動IC。
5寸以上FHD螢幕點火 驅動IC需求成長強勁
支援FHD(1,080p)規格的顯示器驅動IC將炙手可熱。5寸以上1,080p解析度螢幕將是2014年高階智慧型手機主流規格,預期在中階智慧型手機講求高規平價的趨勢下,亦將于2014年下半年開始搭載1,080p解析度的驅動IC,可望激勵1,080p解析度的驅動IC于2014年的市場滲透率倍數擴張,將取代WVGA(480p)成為成長最快速的驅動IC (圖7)。
拓墣產業研究所半導體中心研究員許漢州表示,螢幕解析度已成為2014年高階智慧型手機突顯產品差異化的行銷重點之一,將帶動1,080p解析度的驅動IC需求水漲船高;預估1,080p解析度驅動IC市占將從2013年10%,攀升至2014年的20%,至2015年更將上看30%。
受惠此一發展趨勢,聯詠、奇景、旭曜等業者,2014年的中小尺寸面板驅動IC營收貢獻,皆有機會再向上攀升。聯詠總經理王守仁在日前第三季法說會上即透露,配備1,080p解析度螢幕的智慧型手機,將是該公司2014年營運成長的重要動能。
不僅是聯詠,奇景亦已加速研發720p和1,080p解析度驅動IC,其中720p驅動IC更已順利打入宏達電智慧型手機供應鏈。該公司今年第三季中小尺寸驅動IC營收,亦因配備高解析度螢幕的智慧型手機出貨量攀升而成長,較2012年同期增長15.1%,占總營收比例更高達52.1%,且連續三季突破五成。
奇景強調,該公司在智慧型手機市場,已掌握一線國際品牌客戶,及中國大陸成長快速、地位強勢的白牌手機終端品牌客戶;未來,中小尺寸驅動IC產品,仍將是該公司業務的一大焦點。
奇景進一步補充,由于智慧型手機往高解析度趨勢發展,奇景在技術上的領先優勢,可望帶動智慧型手機業務成長,不但將挹注營收,亦可提高毛利率。自第四季到明年,該公司預期智慧型手機驅動IC產品線營收將有兩位數成長。
除高階智慧型手機之外,許漢州分析,低價智慧型手機亦將開始配備1,080p解析度螢幕,預期將逐步刺激相關驅動IC需求上揚,將成為***IC設計業者最佳的市場機會點。
在64位元異質整合處理器及更高解析度螢幕將成為2014年行動裝置的主流配備之下,與之搭配的光感測器、驅動IC及eDP介面三大關鍵元件規格與性能亦將跟著大幅升級,將成為各家品牌商爭相導入的熱門元件,預期更多極具高視覺規格的產品將于2014年在市場中輪番上陣。
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