Arm

不論是智慧型手機、平板電腦等行動裝置,或是智慧型電視等諸多嵌入式設備,螢幕顯示技術的突飛猛進,眾人有目共睹,然而,除了顯示面板的材質、繪圖處理器之外,在各種裝置所整合的顯示處理器上,也有許多值得關注之處。

就以Arm最新發表的Komeda架構——Mali-D71、CoreLink MMU-600、Assertive Display 5為例,強調這些處理器具有高解析度、高效能、高品質等特性之餘,連帶地,也突顯當前裝置顯示技術面臨的挑戰,以及未來可能發展的方向。

針對4K畫面輸出可達到120 fps

首先,是關於高畫質、低延遲的部份。越來越多新推出的顯示裝置,必須能夠支援4K以上的高解析度、每秒輸出60到120張畫面的幀率,尤其在虛擬實境(VR)應用的相關環境,更將成為必備的規格。

而Arm在最新推出的解決方案,是以Mali-D71來因應這樣的需求。Mali-D71是一顆顯示處理器,能在系統傳送最後輸出訊號到螢幕之前,執行疊加、旋轉、高品質縮放等影像處理作業,而不需要用到繪圖處理器,進而可降低整體功耗,節省成效可達到30%;對於同一個顯示區域的效能,它也提供了2倍的改善——能在驅動單一顯示機制的當下,重複使用第二顯示機制的資源,而能夠處理更多畫面的層次。

同時,對於同樣的資料吞吐量,Mali-D71由於記憶體子系統經過最佳化處理,而能夠在系統匯流排的部份,承受更大規模的延遲,可達到前一代產品(Mali-DP650)的4倍,而有了這樣的延遲容忍能力,就能夠因應4K畫面輸出到120 fps幀率的效能要求。(在無顯示內容之際,Mali-D71可在幾毫秒的時間內預先饋送像素資料,使得緩衝區能夠持續保有完整內容)

在畫素吞吐量的效能上,Mali-D71可達到2倍的增長,關鍵在於增加了並列(side-by-side)的運作模式,也因此在面對4K 120 fps的畫面輸出作業時,能以相當低的耗電量來進行。

至於系統記憶體管理單元(SMMU)的搭配上,Arm也強調新推出的Mali-D71整合了CoreLink MMU-600渲染版本(rendered version),因此節省55%的晶片面積,並且透過即時路徑(real-time path)的架構來隱藏MMU的延遲,反應速度改善幅度達到50%。

Mali-D71結合CoreLink MMU-600之後,不單是資料傳輸流程更有效率,所得到的另一個特性是安全防護。這是因為,CoreLink MMU-600本身支援TrustZone Media Protection v2(TZMP2),能夠針對4K即時多媒體的數位內容,採取控制端過濾(master side filtering)的作法,提供保護,而不需運用延伸系統記憶體切離(extensive memory carve-outs)的方式,也因此不必在開機時配置專屬記憶體。

更充分支援HDR,適應不同屬性螢幕與顯示應用模式

如何提供更逼真的使用者視覺體驗,也是顯示裝置所面臨的重大考驗之一。例如,對於高動態範圍影像(High Dynamic Range,HDR,對比率可達到10萬比1)的支援,已經成為近年來手機、電視都積極投入發展的目標;而且,不只是內建HDR的QLED、OLED電視,能呈現這樣的數位內容,就連一般支援標準動態範圍影像(Standard Dynamic Range,SDR,對比率為2千比1)的液晶顯示裝置、手機、平板電腦,也被要求能夠處理與顯示HDR影像(透過繪圖處理器來疊加SDR畫面)。

在此同時,多視窗(Multi-window)顯示模式,未來也會受到更廣泛地使用。例如,在即將推出的Android 7.0當中,將會支援這個特性,屆時,多視窗不再只是個人電腦所專屬的功能,但相對地,這也會大幅增加裝置本身的顯示處理負擔。

此外,由於各種裝置配備的螢幕規格越來越多元,顯示處理器所要支援的面板與介面的數量,以及業界標準,也持續不斷地增加,

而Arm現在因應這些需求所推出的產品,主要是Assertive Display 5處理器。這緣起於Arm去年5月併購了Apical公司,而取得了Assertive Display運算技術,目前已有超過10億隻裝置採用。

很多人對這個技術可能很陌生,但其實相當普遍,舉例來說,不論使用者身處戶外或室內時,所持有的智慧型手機顯示螢幕都能根據不同的照明條件,自動調整亮度來適應環境的變化,從而降低耗電量,而這項特性就是Assertive Display的功效。

到了最新發表的Assertive Display 5,重點則放在HDR內容(HDR10或HLG)的顯示,不論裝置搭配何種螢幕,就算各自支援不同的動態範圍與色域(例如僅支援SDR顯示的裝置),都能因為採用這項技術,而能夠呈現HDR影像。

基本上,Assertive Display 5對於HDR影像的管理,包含4種控制方式——HDR轉換成SDR的對應、HDR轉換成HDR的對應、維持HDR體驗,以及支援HDR10與HLG的標準,並且根據周圍環境的亮度,進行適當的光線補償(Ambient light compensation),以便突顯影像暗部的呈現。

Assertive Display 5的另一個特色,則是能讓使用者能看到影像的細節,就像是拍攝對象原本的樣子。Arm在這部份運用的是iridix8 HDR,透過這項高度精準的本體色調映射引擎,來提供更豐富的HDR體驗,即便裝置所用的顯示面板,僅支援SDR,也能實現這樣的技術。

而在進階色域與色彩的管理上,Assertive Display 5運用新的精簡型硬體晶片,來實作三維對照表(3D LUT)的對應, 而能保留細微的色階,以及維持觀看體驗的完整性。


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