低功耗觸控體感處理器核心解決方案
- DIGITIMES企劃
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當今流行的智慧型嵌入式行動裝置、消費性電子產品、車用電子等等，不僅需要強而有力的CPU，同時也要能兼顧低功耗，促使微處理器廠商們絞盡腦汁，著力開發出可彈性配置的CPU IP(智慧財產)，以提供給IC設計業者依各階產品的效能╱功耗的需求，打造出各式系統單晶片(SoC)，供給系統廠商設計終端產品之用…
晶心科技(Andes)總經理林志明講解 “低功耗智慧型觸控體感人機介面處理器核心解決方案”，他表示早期IT市場還是觸控筆、單點觸控的時代， 2006年實驗室才發表面板多點觸控的技術，在2007年Apple就推出了具有此一功能的iPhone商用產品，經過這幾年，促成當今2013年智慧型產品採用觸控輸入的方式如此興盛，而手勢、體感控制技術開始進入消費市場，雖然還是屬於早期發展，尚未成熟，但是應該可以比科幻電影“關鍵報告”(Minority Report)所描寫的2054年，要來得更早，就能實現以手勢操控電腦。
林志明播放TED大會的影片片段，像2006年Jeff Han在講台上示範第一套多點觸控的面板，可做到像當今平板電腦能做到的功能，包含10點觸控，繪圖，放大、縮小、旋轉、螢幕鍵盤打字等等，完全以觸控來代替傳統鍵盤、滑鼠，在當時可說是新鮮的玩意兒。如今2013，這些功能早在你我的智慧型手機裡面實現了。
接著播放Vimeo網站分析“關鍵報告”(Minority Report)電影科技表達的有趣片段，主要是分析其手勢控制的全新UI(使用者介面)技術，該電影背景設定在2054年，主角阿湯哥透過戴上數位手套，以手勢來操控電腦。不過，這些在科幻片才出現且令人驚艷的電腦技術，不需要等那麼久才盼得到，現今2013年就可觸及得到，就是Xbox遊戲機搭配Kinect體感偵測器(透過體感來操作遊戲)。由此可見，觸控技術、體感技術的發展一日千里，甚至超乎市場的期待。
來自學界的手勢、體感相關研究計畫
林志明介紹在麻省理工學院媒體實驗室，進行的手勢與體態計畫有很多，如“TeleStudio”，可以追蹤體感的姿態，且可以把實體和虛擬世界連接起來，讓使用者可以透過預先的對應與定義，來作為實體和數位會議空間的橋樑。
另外“手勢媒體框架”計畫，是一個正在發展的系統，透過機器自我學習的方式，將體感姿勢辨識資料對應為一組可量化、可表述的參數，讓使用者可以使用它來創造對體態移動的高階描述，和複雜且可量化的對應。
另一個“情緒捕捉用穿戴式配備”計畫，是探討使用穿戴式運算設備以辨識情緒，該設備辨識人的自然反應動作，來決定受測者的當時情緒，例如拍膝蓋表示讚賞，而Give me five表示高興與值得慶祝。
再來就是“GRT(手勢辨識工具箱)”計畫，以跨平台、開源、使用C++程式語言的機器學習資料庫，以達成即時的體態辨識，讓工程師以簡單幾行程式來開發辨識系統的工具。讓使用者能快速簡易將體感辨識功能整合到自己的計畫中。
至於“快速手勢辨識”計畫，則以新的方式讓使用者定義自己的體態，以及這些靜態姿勢和動態連串體態的控制意義，讓系統可以快速自我學習起來。可應用在音樂指揮等這類的連續體態辨識及控制等應用需求。
“指向手勢控制家電”計畫，則是把Sensor Fusion、體感辨識和家電控制連接起來，以發展出新的、免攝影器材、採大量Sensor的解決方案，讓消費者指向室內照明器材，然後用一些體態動作，就可控制燈光明暗。當系統自我學習之後，人們可以以相同體態動作來控制其他照明設備。
“Shiftables “計畫屬於較複雜的電子設備整合系統，包含動作感測、圖形顯示，無線連結，成為Shiftables(可拆換)。可和數位資訊與多媒體資料互動，一組Shiftable可形成實體、分散式、以體態動作指揮的人機介面，並應用到進行音樂會表演。
將人類的觸控、手勢或體態訊號 轉換成數位資料
上述表列的計畫，代表許多人都在投入觸控與體感控制的強化與創新，因此在觸控面板控制器中，演算法就很重要，要如何將自然界、人類觸控與手勢行為、以及感測裝置所偵測到的動作，轉換成有用的數位資料，並把雜訊處理掉，讓電腦或嵌入式系統可以做運算與處理，並真實回應出使用者的控制需求。
例如遊戲中，就有許多透過手勢的動作，來操控遊戲。這些感測與觸控手勢必須從採用演算法，透過運算引擎，也就是CPU核心來分析使用者的動作。
林志明接著介紹到自家的技術－AndesCore，在具備處理數位訊號、感測訊號、演算法等功能的系統中，AndesCore如何提供核心內部的計算、比較、分析效能，提供達到控制目的的解決方案。
應用於各種領域的AndesCore技術
晶心科技跟ARM、MIPS等公司一樣，都是屬於銷售CPU IP使用授權的公司，目前位居全球前五大32位元CPU IP供應商的地位，客戶都是IC設計業者。AndesCore的IP技術，針對了手勢、與觸控螢幕控制等需求做最佳化。例如觸控輸入是需要重複運算的，其AndeStar就針對這部分做最強化(加入V3架構的MADD指令集來加速計算速度)。
目前以AndesCore來設計的SoC，累積出貨量高達3億顆，被應用到消費電子(觸控螢幕/電子書/電子字典/電源處理/CMMB)、通信(無線顯示/WiFi/藍芽/GPS/GPON/NFC/閘道器/路由器)、工業(MCU/馬達控制/監控/精簡型電腦/高級輔助駕駛系統/行車紀錄器)、電腦(USB 3.0/SSD/eMMC/防毒/mSATA/Secure SD/Sensor Hub)等領域。
Andes產品藍圖與核心家族
目前晶心的Andes Embedded完整產品線架構，包含AndesCore(處理器核心)、AndeStar(處理器架構)、AndeSight(開發工具)、AndeShape(開發平台)、AndeSoft(軟體堆疊層)。
AndesCore核心，依照指令集架構、配置，對應競爭對手的效能、功耗、矽晶面積，以及低/中/高階市場，可分為針對MCU(微控制器)市場的N8(8位元MCU升級方案)、N9(16/32位元應用產品)、N10(高階應用產品)系列，適合在網通裝置、物聯網、PC周邊、儲存裝置、使用者介面、無線周邊等裝置中使用，也適合體態控制相關的應用。
而針對Linux應用產品市場的N10(入門)、N12(中階)、N13(高階)等系列，適合在資料網路、數位相機、攝錄影機、數位電視、機上盒、媒體中心、電信等領域使用。
例如聯想P700i智慧型手機裡面採用的無線連結SoC，具有WiFi， Bluetooth， GPS， FM等四大功能，亦即聯發科MT6628Q，其採用的CPU，就是Andes N903的CPU IP核心。
為觸控、手勢、體感偵測而生的 N7與N8家族介紹
Andes N801處理器採低邏輯閘數、低功耗設計，搭配AndeStar V3m指令集微架構，具單核心三階管線化設計，16個通用暫存器(GPR)、提供16MB定址空間與2~16組向量中斷處理，並採跟ARM相容的AHB-lite/APB匯流排介面。乘/除法指令分別只需1~17個/12~37個週期。
相較於8051單晶片與ARM Cortex M0等，N801還多了除法指令、AHBlite / APB / ILM / DLM等系統介面等優勢。而N705 (Hummingbird)則是更精簡版(具單核心兩階管線化設計)，主打更小巧、更低耗的內嵌式CPU。
在整體效率表現上，N705和N801在功耗表現為競爭對手的130%、131%，在面積效率表現上，為競爭對手的128%、149%。至於CoreMark比較上，N705和N801分別為2.29至2.62、及2.01至2.33，比其競爭對手的2.15、1.99還要卓越。
整體而言，以觸控、手勢辨識、體感偵測等技術的產品已經無所不在，客戶若採用晶心的AndesCore N705、N801 CPU IP，將會具有更高效能、低耗電的表現，為客戶的終端產品增加優勢與競爭力。
