КПК: на пути к мобильному 3D
Возникновение в модельных рядах разработчиков микросхем трехмерной графики изделий для карманных ПК и смартфонов обусловлено скорее маркетинговыми соображениями, нежели реальной потребностью рынка. Учитывая специфику мобильных устройств, прежде всего ограниченный по размерам экран, можно сказать, что 3D с трудом прокладывает себе дорогу в карманы пользователей (кстати, во многих случаях при отображении 3D на экранах мобильных устройств не возникает необходимости даже в банальной фильтрации текстур — из-за небольшого разрешения экрана пикселизация просто незаметна). Тем не менее этот процесс, пусть и относительно вяло, но идет. И отчасти чтобы «застолбить» место на рынке, отчасти для полноты спектра продуктов, все основные участники этого рынка отметились и здесь (во многих аппаратах также используются не слишком интересные с технической точки зрения, зато надежные и дешевые контроллеры Epson).
Специфика «мобильного 3D» состоит прежде всего в том, что только средств трехмерной графики заведомо недостаточно, контроллер должен обеспечивать большое количество дополнительных функций, от кодирования/декодирования видеопотоков, поддержки видео- и цифровых камер и т. д. Еще требуется обеспечить хорошее время работы от батарей. При всем этом изготовителям ГП приходится соперничать в данном сегменте со встроенными решениями, что тоже сказывается на темпах развития данного рынка.
Дополнительная микросхема, особенно мощная, усложняет конструкцию и, что важнее, требует дополнительного питания. И это не очень сочетается с практикуемой в данном сегменте политикой максимальной интеграции периферии на одной микросхеме, чтобы избежать дублирования функциональности (например, задействовать имеющийся в основной СБИС объем SRAM, в стандартной конфигурации используемой под видеобуфер), требуются дополнительные усилия. В итоге в секторе КПК дела пока несколько лучше у ATI и Intel, большинство же анонсов NVIDIA связано со смартфонами/мощными телефонами.
NVIDIA GoForce
Модельный ряд ГП NVIDIA для мобильных устройств довольно широк. Компания занялась сегментом КПК в 2003 г. после покупки корпорации MediaQ, которая разрабатывала высокопроизводительные ЖК-контрол-леры для КПК, — они использовались в некоторых моделях Toshiba и HP iPAQ. После приобретения продуктовая серия была сравнительно быстро переориентирована на трехмерную графику, однако следует признать, не в ущерб другим возможностям.
NVIDIA GoForce 2100 фактически представляет собой очень компактную модификацию контроллера MediaQ и ориентирован прежде всего на мобильные телефоны. Он обеспечивает ускорение обработки мультимедиа и двухмерной графики для экранов с разрешением до 320x240 пиксел. Микросхема оснащается 160 Кбайт видеопамяти. Сильной стороной решений MediaQ, а теперь и NVIDIA всегда считался гибкий интерфейс для подключения к разнообразным типам ЖК-экранов. Микросхема встречается в i-mode телефонах Mitshubishi.
Модель GoForce 2150 — улучшенная версия Go-Force 2100 с возможностью обработки фотографий с разрешением до 1,3 Мпиксел, аппаратным декодером JPEG, поддержкой двухдисплейных конфигураций в телефонах, блоком постобработки MPEG-4 и базовыми средствами снижения энергопотребления.
Микросхемы серий GoForce 3000 и 4000 основаны на общей архитектуре, но отличаются емкостью видеопамяти (320 и 640 Кбайт), максимальным разрешением экрана (480x320 и 640x480) и фотокамер (2 и 3 Мпиксел соответственно). Кроме того, в модели 4000 предусматривается ряд дополнительных возможностей, например, аппаратное кодирование видеопотока MPEG-4 (в GoForce 3000 предусмотрен лишь декодер). И обе эти микросхемы сегодня позиционируются как решения для сотовых телефонов. Кроме того, в этой серии были усовершенствованы средства управления питанием.
GoForce 3D — наиболее мощная серия геометрических ускорителей NVIDIA для карманных ПК. Собственно, это первые микросхемы, обеспечивающие полноценное ускорение операций, связанных с обработкой 3D. Разработчик называет их «беспроводными медиа-процессорами» (Wireless Media Processor, WMP) и нацеливается как на рынок высокопроизводительных КПК и специализированных мобильных консолей, так и на сектор смартфонов и high-end-телефонов.
Кроме ГП, микросхема оснащается аппаратным кодеком JPEG (до 2048x1536) со средствами NVIDIA Fo-toPack, обеспечивающим оптимизацию сжатия JPEG, кодеком MPEG-4 (VGA, до 30 кадр/с) и кодеком для видеоконференций (CIF, 352x288, до 30 кадр/с). Емкость внутренней памяти увеличена до 1280 Кбайт (со 128-разрядной шиной). В серии GeForce 3D существует две модели, 4800 и 4500, различающихся наличием средств FotoPack и максимальным разрешением дисплея.
Самая интересная особенность GoForce 3D — пик-сельно-шейдерная архитектура. Модель GoForce 3D 4800 позволяет одновременно обрабатывать до шести текстур, геометрический процессор обеспечивает ускорение графики, естественно, разгружая ЦП (поскольку берет на себя еще и управление экраном, камерами и кодеками, выигрыш получается еще более существенный).
При этом энергопотребление кристалла относительно невелико. При задействовании средств снижения энергопотребления nPower (весьма оптимизированное и комплексное решение, объединяющее целый ряд методов экономии энергии, от использования техпроцесса с проектными нормами 130 нм и минимизацией утечек до архитектурных особенностей «раскладки» микросхемы), в процессе игры тратит, по оценкам разработчика, 20-50 мВт, тогда как сопоставимое по функциональности программное ядро, реализованное на ЦП общего назначения или DSP, может потребовать до 5-50 Вт.
Графическое ядро GoForce 3D предоставляет практически все базовые средства, включая расчет трансформаций, поддержки множественных текстур, до восьми поверхностей (цвет, Z, текстуры), билинейную/трилинейную фильтрацию, вычисления с плавающей и фиксированной точкой и т. д. Нельзя не отметить, что рост популярности трехмерной графики в мобильных устройствах стимулирует появление достаточно развитых и законченных стандартов ее поддержки в программном обеспечении, GoForce 3D совместим со всеми существующими сегодня программными платформами и стандартами мобильной графики, включая OpenGL ES и MD3D.
GoForce, будучи мощным устройством, вызывает вполне закономерный интерес. Хотя его возможности и представляются несколько избыточными для бытового КПК, изготовители портативных игровых консолей уже его используют (в частности, он применяется в Gizmondo, игровом аппарате на базе Windows Mobile).
ATI Imageon
ATI тоже начала со скромного адаптера Imageon 100, предназначенного преимущественно для мобильных телефонов и недорогих КПК. Разработки ATI сегодня довольно широко распространены, правда, преимущественно в сегменте мобильных телефонов. Это связано с тем, что они оказались несколько более сбалансированными, да и опыт ATI в разработке хорошо интегрированных мультимедиа-акселераторов тоже сказался. Кроме того, надо учитывать, что главный на тот момент соперник ATI, компания MediaQ, в самое «жаркое» время, когда начиналась разработка «трехмерных» телефонов первого поколения, уже вышедших на рынок, переживала реорганизацию и слияние с NVIDIA. Тем не менее послужной список ATI в мобильном сегменте выглядит достаточно солидно — Motorola, Fujitsu, LG (с трехмерным игровым телефоном SV360). В секторе КПК микросхемы серии ATI Imageon можно найти в игровой консоли Tapwave Zodiac (на базе Palm OS), коммуникаторах Hitachi и КПК Zaurus и Toshiba.
В то же время сейчас ATI почти полностью переориентировалась на рынок коммуникационных устройств, микросхема Imageon 3200, которая используется, в частности, в HP iPAQ hz4700 и Tapwave Zodiac, по каким-то причинам была снята с производства. Ускоритель был весьма интересный, он позиционировался как медиа-сопроцессор, в котором, кроме графики, интегрированы и такие устройства, как контроллер USB OTG, SDIO, кодеки MPEG/JPEG. Но он, судя по всему, не выдержал конкуренции со стороны интегрированных СБИС от изготовителей платформ (примерно в то время происходили процессы унификации аппаратных платформ и набирали силу 11 ОМАР и Samsung S3C2400).
В модельном ряду графических микросхем для мобильных устройств ATI на сегодня довольно много модификаций, относящихся к трем семействам — 2100, 2200 и 2300. Imageon 2282 ориентирован на high-end-смартфоны, требующие прежде всего высокопроизводительных средств обработки видео, включая режим «картинка-в-картинке» (для видеоконференций). Imageon 2182 предназначается для недорогих моделей, обеспечивает поддержку цифровых камер с разрешением до 1,3 Мпиксел, записи-воспроизведения видео и звука. Imageon 2300 — мощный мультимедийный акселератор, на базе которого можно воздавать сверхмощные (по нынешним меркам) телефоны и смартфоны, обеспечивающие хорошее быстродействие при рендеринге графики, причем параллельно с обработкой сигнала, что может быть актуально для сетей третьего поколения. Кроме того, он обеспечивает поддержку кодеков MPEG-4, работу портов оцифровки видео и камер с высоким разрешением (1,3 и 2 Мпиксела), возможность работы в двухдисплейных конфигурациях. Imageon 2260/2262 — мультимедийные сопроцессоры, в основном ускоряющие обработку именно медиа-контента, а затем — игр. Кроме того, они позволяют создавать телефоны с камерами высокого разрешения (до 2 Мпиксел). Imageon 2240 — двухмерный ускоритель для недорогих камерофонов. Imageon 2200/2250 — базовая модель с относительно скромными возможностями (тем не менее реализована поддержка захвата видео и ЦФК).
Intel 2700G
Это изделие было разработано Intel в рамках проекта по созданию РХА27х и тесно с ним связано (фактически Intel позиционирует его как микросхему сопровождения для РХА27х, кодовое название проекта — Marathon). На сегодня единственный известный пример массовой модели, где он используется, — Dell Axim X50v. Сильная сторона этого решения — Intel умеет продвигать свои наработки, и, в частности, она реализовала ряд программных решений, упрощающих создание ПО, использующего преимущества этой микросхемы. Не так давно прошла информация об успешной попытке портирования на Dell Axim X50v ряда трехмерных игр, таких, как Cube (FPS с весьма оригинальной и совершенной технологией рендеринга), Solterra, Yeti 3D и др. Безусловно, главная заслуга тут принадлежит разработчикам программных «прослоек», таких, как OpenGL ES и JSR 184, но это демонстрирует очень неплохой потенциал акселератора. Особенно когда он перейдет в разряд решений для массового рынка (пока он из-за высокой стоимости используется лишь в high-end-моделях, все же 15 долл. в партии 10 тыс. пока довольно дорого для этого сегмента).
В семейство Intel 2700G входят две модели: 2700G3 (с объемом памяти 384 Кбайт на кристалле, он ориентирован на экраны QVGA/HVGA) и 2700G5 (с 704-Кбайт памятью, ориентирован на VGA). Обе микросхемы также предоставляют средства аппаратного ускорения обработки MPEG (2 и 4) и WMV, позволяет разрабатывать двухдисплейные устройства. Максимальное разрешение — до SXVGA Intel совместно с Intrinsyc также разработала эталонную платформу для устройства на базе РХА27х и 2700G. В частности, предусматривается экран VGA с диагональю 4-дюйм, 128 Мбайт SDRAM, 64 Мбайт флэш-ППЗУ (естественно, Intel StrataFlash), 16-Мбайт видеоОЗУ, 1-Мпиксел камеру, два разъема для карт памяти, средства беспроводной связи.
Список литературы
Журнал «Upgrade» №8, 2005 г.