3D運算╱立體顯示 助行動裝置越級提昇

當小米平板於北京揭露時，人們不禁驚訝平板、手機等行動裝置，其3D圖形運算與呈現能力已非吳下阿蒙，可能是兩三年前動輒兩、三千美元專業級繪圖工作站╱顯示卡的圖形運算能力，今天不到兩、三百美元就唾手可得；而2009年底阿凡達(AVATAR)打開了3D立體電影風潮，也將3D立體顯示吹到家電視聽產品，更往行動裝置蔓延。然而新一代的浸潤式3D顯示技術也蓄勢待發中…

行動繪圖晶片超進化

過去若是要在動輒19吋以上超高解析度大螢幕上，來做即時3D圖形運算效能需求，專業人士想的是繪圖工作站；而十多年前在NVIDIA與ATI，競逐於圖形晶片效能王座的征戰中，圖形晶片以每18個月效能增加八倍的「摩爾三次方定律」恣意狂飆，從雙晶片、雙卡、三卡到四卡平行運算，到大型風扇與水冷散熱等重裝設備的加持，不僅創造了龐大的獨立顯示卡市場商機，亦帶動3D遊戲從效能、畫質等驚人的進步。

時間回到現在，兩家公司的征戰仍未停止，連Intel也來參一腳，使得PC x86架構的繪圖晶片市場，形成三強鼎立局面。NVIDIA針對高階遊戲╱電競筆電，所推出的GeForce GTX 880M行動繪圖晶片，委託台積電以28nm先進製程製作，運作頻率達954MHz；採最新的Kepler核心架構，具備1,536個渲染單元(Shaders)與128個材質貼圖單元(TMU)設計，具備256位元寬度G-DDR5記憶體匯流排設計，最大繪圖記憶體容量為8GB。可以支援到HDMI 2.0/eDP 1.2(3840x2160 4K UHD)解析度。

超微(AMD)繼日前推出全球最快的Radeon R9 R295X2獨立顯卡產品後，2014年亦針對高階遊戲╱電競筆電，推出Radeon R9 M290X行動獨顯晶片，跟桌上型顯卡同樣為新一代Hawaii繪圖核心架構，時脈為850MHz，同樣採台積電28nm製程，具備1,280個渲染單元(Shaders)與80個材質貼圖單元以及256位元G-DDR5記憶體匯流排設計，最大繪圖記憶體容量為4GB。皆支援DirectX 11.2、OpenGL 4.3，以及HDMI 2.0/eDP 1.2(3840x2160 4K UHD)解析度輸出。

Intel從2012年Ivy Bridge第三代Core i處理器開始，其所內建的HD 4000 GPU，便具備了4096x2304影像輸出能力，並且支援DP 1.2；2013年發表的Haswell第四代處理器(Core i3-4xxx、i5-4xxx、i7-4xxx)，以及今年要推出的Haswell Refresh處理器，以最頂級的Intel Iris Pro 5200等GPU，是採取CPU內建GPU的必要電路，同時外面加上128MB eDRAM，以2.5D中介板(2.5D Interposer)方式封裝成單一晶片外觀，可支援DirectX 11.1、OpenGL 4.2，並支援DP 1.2與HDMI 1.4等規格，2D/3D繪圖效能比前一代提升7倍，也威脅到中低階行動晶片、獨立顯卡的市場，將直接被Intel CPU所內建的GPU所取代。

在ARM架構部份，搭配ARM架構應用處理器的繪圖晶片，像蘋果(Apple)在iPhone 5s手機所採用的A7處理器，就內建四核心PowerVR G6430的繪圖IP技術，使其剛推出市場時曾獲得2D/3D繪圖效能的冠軍。另外像安謀(ARM)自家的Mali-T76x GPU，則已推進到16核心GPU加4K顯示能力，目前有台灣聯發科(MTK)的MT6732、MT6752處理器，大陸瑞芯微電子(Rockchip)的RK3288處理器所採用。

自小米3以NVIDIA的Tegra 4處理器，創下目前安兔兔智慧型手機最高3D平分記錄之後，NVIDIA於2014年公佈其代號Logan(金鋼狼)的超級ARM架構AP+GPU的Tegra K1處理器計畫。以28nm製程，打造沿自桌上型最新頂級的Kepler繪圖處理器核心技術，採192個CUDA(shaders)渲染核心加上2.3GHz四核ARM Cortex-A15、單核Cortex-A7所打造的Tegra K1處理器，提供驚人的3D視覺運算新體驗。日前小米平板已搶先宣佈採用Tegra K1處理器，以地球最快速的3D平板為訴求，搶佔全球的目光。

躍然掌中的3D立體顯示技術

3D立體顯示(3D Stereo)技術是利用遊戲或影像內容開發商，所製作的左右眼的畫面，藉由使用者配戴快門式或偏光眼鏡，或特殊顯示器透光設計，各自進入左右眼並且於腦中合成具有景深的立體影像。從技術上可再區分為眼鏡3D(快門式眼鏡與偏光眼鏡)與裸眼3D兩大類。快門式眼鏡需借助達120？240Hz畫面掃描頻率的3D顯示器，連續性交叉顯示左、右眼的畫面，藉由快門眼鏡快速遮蔽左右眼，使左右眼能各自看到視差畫面並於大腦內呈現出立體感的影像，廣為目前大尺寸液晶電視、顯示器、顯示卡與筆電所使用。

偏光眼鏡則藉由電視╱顯示器前面的微偏光膜(Micro-retarder)，當觀賞者戴上偏光眼鏡時，利用光的偏振方向將左眼與右眼的影像分離並各自進入左右眼，於大腦合成立體影像。優點在於成本低，缺點則是畫面解析度與整體亮度都會下降。目前以樂金(LG) 3D電視，宏碁、聯想筆電採取偏光眼鏡技術。

至於平板電腦、智慧手機、掌上型遊樂器，廠商偏好以裸眼3D技術－也就是無須配戴眼鏡，直接用雙眼在一定視角內，就能看到3D立體影像。裸眼3D技術則有全像投影式、體積式(Volumetric)、視差光柵(Parallax Barrier)、柱狀透鏡(Lenticular；LC)與時間多工。在智慧手機或平板上常見到3D立體顯示技術，大多是視差光柵－利用透光柵欄來控制左右眼畫面光線的前進、折射方向，成本較低但有亮度與可觀視角╱點數限制，顯示2D文字時有較不清晰的現象。

像LG Optimus 3D、LG 920、LG Optimus 3D MAX P720，HTC Evo 3D等智慧手機，任天堂 3DS掌上型遊樂器，均使用到視差光柵(Parallax Barrier)的液晶面板，並搭配2D轉3D晶片，來達到裸眼3D的立體顯示效果。同時搭載後置雙鏡頭設計，可拍攝3D立體效果的靜態照片、動態影片，並透過特殊的運算，將畫面以3D立體方式呈現。此外， LG手機還提供3D Space UI，讓選單以3D立體方式呈現，提供更立體的互動體驗情境。網通零售龍頭亞馬遜(Amazon)，據傳將於9月正式推出具備裸眼3D的智慧手機。

而大陸平板廠商－佳的美(Gadmei)，更曾經推出全球第一台裸眼3D平板－T863-3D，採晶晨半導體(AmLogic)的1GHz AML8726-M3的ARM Cortex-A9應用處理器，搭載8吋視差光柵(Parallax Barrier)、解析度1280 x 768 16:10比例的裸眼3D面板。

至於柱狀透鏡的裸眼3D技術部份，飛利浦(Philips)、LG、友達(AUO)等供應相關面板，東芝的Qosmio F750、F855，華碩ROG G53SX等筆電，採用柱狀透鏡液晶面板，並搭配視訊攝影機，即時追蹤用戶的觀賞角度並做動態調整，以求取較好的裸眼3D立體影像效果。

浸潤式VR將取代近距離3D立體顯示

自阿凡達電影吹起3D電影風之後，標有3D立體的產品都曾造成話題。但據美國加州大學實驗指出，在觀賞3D立體影片時，會因為雙眼同時聚焦於立體影片光源物件，還得適應影片所呈現的距離感，容易產生頭痛、眼睛疲勞、頭暈等症狀。在電影院由於觀看距離較遠，不適感較不顯著。

在電腦螢幕、平板、手機等小尺寸裝置，會因為觀看距離更短，對眼睛的影響與傷害更大。就連任天堂也表示，3D立體影像可能對兒童的眼睛造成傷害，因此自2012年後就鮮有訴求3D立體顯示的新品上市。反倒是新一代的浸潤式虛擬實境(Immersion VR)顯示技術則蓄勢待發，重新回到搭配頭戴式顯示器(HMD)的方式，讓3D遊戲、AR擴增實境等應用，以最真實的面貌，呈現在玩家“眼前”。

AMD/NVIDIA持續推出高效能行動獨立顯示晶片，Intel則強化內建顯示晶片因應(AMD/Intel/)NVIDIA

於北京揭露的小米平板率先採用192核GPU的NVIDIA Tegra K1處理器(NVIDIA/小米)

以視差光柵(Parallax Barrier)液晶面板片，是當前可攜式行動裝置裸眼3D立體顯示的應用主流(LG/Nintendo)