Imagination高峰論壇帶來設計新思維--安全、整合、差異化
- 李佳玲／台北
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面對新興的物聯網、穿戴式裝置、車用電子、以及各類智慧行動裝置商機，業者無不期望追求創新，創造出顛覆想像的新產品。Imagination以PowerVR繪圖、MIPS處理器、Ensigma通訊連接技術為三大支柱，以此為基礎，結合客戶的專業知識與技術，將能開發出適用於行動、智慧家庭、企業、物聯網、連網汽車等各種SoC。整合不同的IP模塊是很大挑戰，Imagination的任務，就是要將這些重要的功能模塊先整合好，這些IP技術，都將受到OmniShield安全技術的保護。
為了協助合作夥伴掌握技術趨勢並開發出更具差異化的新產品，Imagination日前在新竹與台北盛大舉辦了兩場年度Imagination高峰論壇，共吸引近千位學員報名以及超過600人親臨現場，創下了Imagination首次於2012年在新竹舉行高峰論壇以來的新高紀錄。
2015 Imagination的高峰論壇內容豐富，邀請到聯發科、瑞昱、台積電和prpl基金會、擔任專題演講嘉賓，並有Imagination和其業界夥伴，包括M31(円星科技)、杜比、明導國際和新思科技的技術課程與展示，以及各類應用於智慧家庭、IoT、汽車和其他產品的安全性與SoC平台說明。
Imagination台灣分公司業務總監Maxwell Lin在開幕致詞時表示，隨著市場趨勢的改變，傳統以來利用PPA比較表，找出CP值最高的技術方案來進行設計的做法已不再適用。業者需要有突破性思考，克服新興服務所需的安全機制，並考量系統整合議題，才能開發更具競爭力的產品。也因此，今年的高峰論壇特別以「安全、整合、差異化」為主題，將透過完備的設計解決方案呈現，來協助業者達到這個目標。
以全新思維 迎接下一波產品創新
Imagination行銷執行副總裁 Tony King-Smith在專題演講中揭示了半導體產業的最新發展趨勢。身為SoC IP的領導廠商，Imagination不但對於行動電話、汽車、網路、企業、物聯網、消費多媒體等各種市場應用有著深刻的瞭解與洞見，也要求公司能看到五到十年後的趨勢，才能領先開發符合未來SoC需求的新技術。
隨著消費性電子技術開始滲透到企業市場，Tony King-Smith認為，這些低功耗、高效能技術將帶來深遠影響，推動各項應用的發展。從應用來看，電腦視覺、安全性、虛擬實境(VR)/擴增實境(AR)、通訊連接技術、應用程式可移植性(亦即端到端雲端應用程式的可移植性，以確保彼此互通)，將是未來的重要趨勢。
1.變革中的社會趨勢與半導體產業
另一方面，社會趨勢的變革也正如火如荼的進行中。新興市場的崛起，包括中國、印度和巴西等人口眾多的國家興起，帶動了更多中產階級，這意味著更多的消費者商機，但價格競爭也將更為激烈。然而，在連網趨勢之下，全球單一市場也逐漸成形。而物聯網、機器人？自動化、生物醫療等技術的發展與普及將改變科技產業樣貌，相信未來幾年內，領先的龍頭業者將與現在會有很大的不同。
此外，面對全球暖化挑戰，我們需要更有效率的能源運用方式，再加上物聯網？穿戴式裝置的普及，將使低功耗設計的重要性更為提升。而工業4.0世代的起飛，會使更多製造業重新回到當地市場，帶來產業鏈的變革。最後，高齡化社會的來臨，人們的平均壽命將趨近百歲，這必然會改變人口結構，也改變市場需求，但顯然現今的基礎建設還不能因應未來人口的需求。這些諸多的社會議題，都是我們迫切需要克服與解決的。
在技術與市場變革的驅動下，產業結構也正面臨著大幅改變。隨著OEM業者加速創新，IP的重要性日益提高。IP業者從事發關鍵功能模塊的開發，透過雙方的緊密合作，讓OEM業者能專注於差異化設計。此外，消費者朝向網路購買與行銷，購買決策的影響力也隨之改變。
而對半導體產業來說，近來的持續大幅整併以及OEM業者的垂直整合，會使未來產品開發將更朝「應用驅動」發展。影響所及，未來會有四種不同類型的「半導體供應商」，包括專攻手機等超大規模主流市場的大型SoC業者，以及專精於音訊、家庭自動化、醫療等特殊應用的小型業者，這兩類也就是目前傳統的晶片業者。
但隨著系統業者朝垂直整合發展，將帶來另兩類新型態的晶片供應商，包括自行開發晶片的大型系統業者，如Amazon、Apple等、以及透過與服務供應商、品牌業者結盟，試圖開發自訂晶片的中小型OEM業者。特別是在台灣，這類中小型OEM業者在未來的三到五年會快速興起，我們預期將會有新一波的成長動能出現。
2.多域(multi-domain)安全技術
因應未來需求，業者需要新的產品開發概念與技術。Tony King-Smith特別針對安全性、平台方案與IoT技術，提出了他的看法。
不同應用會有不同的安全需求，對於要求連網功能的IoT裝置來說，更是基本要件。但今天的安全解決方案，僅利用單純的「二進位進？出」模式，已無法滿足使用者與應用程式的需求，使得現在有層出不窮的資料被竊事件發生。但由於業者對多域安全技術並不瞭解，使其應用發展遲滯不前。
目前的安全解決方案是以CPU為中心，將所有的安全應用程式並存在單一的安全區塊中，但這無法適用於電信與品牌業者在開放平台上提供雲端服務的安全需求。為解決根本的安全議題，我們需要通用性的安全解決方案，可支援異質架構，確保SoC上不同功能模塊都安全無虞，也能讓彼此共存的應用程式都安全運作。
OmniShield安全技術是多域、異質、可擴充、硬體式技術。我們與prpl基金會合作，共同推動真正的異質安全平台。已獲得包括Broadcom、Qualcomm等多家業者的加入，將制訂下一代跨產業的安全標準。
3.善用平台方案加速產品開發
在晶片平台技術方面，Imagination以PowerVR繪圖、MIPS處理器、Ensigma通訊連接技術為三大支柱，以此為基礎，結合客戶的專業知識與技術，將能開發出適用於行動、智慧家庭、企業、物聯網、連網汽車等各種SoC。
對客戶來說，整合不同的IP模塊是很大挑戰，而我們的任務，就是要將這些重要的功能模塊先整合好，客戶便能專注於開發其特殊功能，讓產品更具差異性。並針對四種不同型態的半導體客戶，提供不同的服務，包括完備IP產品組合、參考設計平台、子系統IP、生態系統支援等。同時，所有這些IP技術，都將受到OmniShield安全技術的保護。
我們看到了新興業者的崛起，這些通過驗證的解決方案能夠協助業者推動下一波的產品創新。不僅SoC，軟體、工具也很重要。過去PowerVR的成功便是提供了強大的軟體工具。我們也將秉持此一策略，提供全面性的解決方案。舉例來說，在IoT生態系統方面，包括Microchip、三星Artik、東芝都是我們的合作夥伴。此外，我們還提供FlowCloud和Creator計畫，協助開發人員取得我們最新的技術方案。
4.讓IoT成為現實
IoT是現今產業最熱門的議題。它會是一個龐大但分散的市場，也由於應用廣泛，不會由少數業者獨大。或許會有一線的系統業者採取「walled garden」策略，以其領先的專屬技術與服務率先推出智慧家庭等相關產品。但對絕大部分的業者來說，並沒有能力架構整套服務與產品組合，因此亟需服務的互通性。因此，服務等級互通性與安全性才是讓市場真正成長的促成因素。也因為是應用導向，生態系統將結合各種不同專業，才能開發出真正有用的解決方案。
目前，儘管市場炒得沸沸揚揚，但仍然還是初期階段，我們看到有許多既有技術與產品的重新包裝就將其稱為IoT，離真正成熟還有一段距離。對Imgaination來說，我們看到了IoT裝置會包含三種不同層級的基本感測功能：第一是針對特定應用的感測器中心、第二是以此為基礎再加上音訊？視訊功能、第三則是再增加智慧視覺技術。
我們的矽晶IP組合能滿足所有這些關鍵市場的需求，包括連網處理器、視覺、音訊、語音處理等即時、複雜處理的功能需求。為了讓IoT願景實現，產業必須攜手建構真正的開放平台與標準。IoT的標準化應專注於：通用的通訊連接標準、透過標準化協定與API實現服務等級的互通性、以及不鎖定於任何一種特定的作業系統、處理器或其他功能。
此外，針對熱門的穿戴式裝置，雖然有些人會將其視為IoT的一部份市場，但有鑑於穿戴應用的多樣化，以及它未來與行動裝置和連網家庭的密切關係，我們認為穿戴式裝置將會是發展出有別於IoT的獨立市場。
但是，目前的穿戴裝置在功能、使用者介面、電池壽命等各方面都只是智慧型手機的精簡版，尚未有突破性的進展。穿戴式裝置要成功，必須將焦點從科技轉移到產品的可穿戴性本身，採用新的SoC架構來滿足穿戴裝置的獨特需求，而低功耗、通訊連接性、安全性、使用介面、以及互通性是穿戴裝置要成功的五個重要關鍵。
Imagination的MIPS CPU、PowerVR繪圖處理器、Ensigma RPU、FlowCloud雲端服務、以及OmniShield安全技術，將能全方位滿足穿戴裝置對於低功耗、安全性與互通性的各種需求，以創新贏得全新商機。
家庭閘道器：啟動多域安全技術革命
Imagination市場行銷副總裁Volker Politz指出，隨著消費者需求的快速改變，家庭閘道器正面臨著全新的變革。特別是在雲端、物聯網時代，營運商試圖推出家庭監控、個人醫療、能源管理、智慧家庭等各種服務，使得家庭閘道器扮演日益重要的角色，但傳統的設計已無法滿足這些創新的市場需求。
家庭閘道器面臨的挑戰包括需滿足靈活性、可擴充性、安全性以及服務接通等各種不同要求。舉例來說，除了最基本的路由、交換和網路等功能之外，新一代的閘道器可能被企業用來提供WiFi公共熱點，而在家中則需支援Zigbee、藍牙和Wi-Fi等各種通訊標準，以支援不同的IoT服務。
這些不同的功能與服務需要不同的安全和優先等級。對此，Imagination推出了OmniShield安全技術，它包含了硬體虛擬化CPU、硬體虛擬化GPU、安全架構、可信任hypervisor、虛擬化連接性與卸載功能、以及信任根(Root of Trust)等完備技術組合，能夠在SoC上最多支援255個安全的異質容器(container)。也就是說，晶片設計人員能夠根據應用需求，將SoC劃分為多個不同的安全區域。
虛擬化是一項成熟且經過驗證的技術，並擁有廣泛的軟體支援。因此，OmniShield能受惠於這項特性，提供硬體等級的安全性，並達到最高的靈活性與效能。在家庭閘道器的使用案例中，便可以將寬頻應用、IoT應用設定為不同的安全區域，個別獨立運作，不但可以確保安全，還能加速產品的上市時程。
另一方面，針對需要即時、同步作業的應用來說，可以透過採用MIPS處理器的虛擬化多執行緒技術來實現，能夠同步、多域執行，而且幾乎不需要額外的運算負荷。
透過採用OmniShield、以及Imagination的IP和IP平台方案，可大幅降低開發家庭閘道器的整體成本，並為營運商提供兼具安全性、可擴充性與可靠度的解決方案。
PowerVR GPU滿足從穿戴式裝置到伺服器的各種需求
Imagination的PowerVR產品業務開發總監Kristof Beets指出，嵌入式GPU的應用初期是以行動電話和平板電腦為主，近年來隨著繪圖功能需求的成長，已逐漸擴大到機上盒、數位電視、汽車資訊娛樂系統等應用。
最新的趨勢則是將GPU應用到IoT、穿戴裝置、企業、以及伺服器、筆記型電腦等領域。也因此，我們可以說，GPU擁有絕佳的市場商機，而且不同的應用市場，對於GPU的效能需求也有很大的差別。
就GPU的市場趨勢來看，業界標準API的快速演進將能推動GPU效能與應用的進一步提升。目前兩項最新的API包括Khronos Vulkan和Khronos OpenVX。Vulkan是專為低階應用設計的API，它不會取代現行的OpenGL ES，能與新型GPU架構匹配，並以較少的CPU負擔提供更高效能；而OpenVX是適用於視覺/影像處理的高階API，能完全發揮GPU效能，PowerVR GPU將於今年下半年就支援這項新的API。
另外兩個重要趨勢是，有鑑於市場的多樣化發展，GPU也必須能夠支援包括Android、Ubuntu、FireOS、WebOS等各種作業系統。此外，由於GPU的重要性日益提升，必須更注重整體系統的功率最佳化設計。例如採用無損壓縮技術，能在平板電腦上實現4K解析度，以及採用安全與虛擬化技術，特別是對汽車和伺服器等應用。
由於GPU的應用廣泛，我們需根據不同市場需求，不管是對數位電視、穿戴裝置、入門級智慧型手機等成本敏感應用，或是高階平板電腦、汽車等要求效能效率的應用，提供完整的解決方案。
PowerVR擁有多項競爭優勢，並持續擴大市場領先地位。在架構效能方面，PowerVR採用專利的分塊式延遲渲染技術，以及PowerGearing電源管理技術，能夠在功率預算內提供穩定的優異效能。而在功率效率方面，根據第三方評測機構報告，內建PowerVR的SoC與其它方案相較，在相同的功耗條件下，可達到三倍的每秒訊框速率。Imagination也將持續提升每一代PowerVR產品的效能，以確保更長的電池壽命與更佳的使用者體驗。
MIPS CPU：掌握下一波差異化創新
Imagination的MIPS產品業務開發總監Mark Throndson介紹說，MIPS處理器IP核心擁有完備的產品組合，從最小型的32位元微控制器，到高效能32位元和64位元多核心解決方案均涵蓋在內，並擁有基於超過三十年的悠久歷史與持續創新，以及超過20年對64位元技術的完整支援。
過去幾年來，MIPS架構歷經多次升級，目前最新版本為MIPS R6，納入了硬體虛擬化、SIMD、多執行緒等多項重要特性。MIPS64能與MIPS32完全相容，因此MIPS32軟體無需切換，就能直接在64位元架構上執行，這能為客戶帶來顯著的效益。
此外，為了強化軟體開發工具，Imgaination 推出新的完整軟體開發套件Codescape SDK，它是以支援MIPS架構的開放源GNU編譯器和除錯器 (GCC和GDB)為基礎，包含開始進行MIPS軟體開發所需的全部工具和資源，包括開機載入程式(bootloader)、鏈結程式、範例程式碼，並適用於從入門級到高階多核心SoC等任何一種MIPS-based平台開發。
自Imgaination併購MIPS後，仍持續強化其技術開發並擴大生態系統。另一項展開的重要計畫是組成prpl基金會，以MIPS開放原始碼為中心，推動應用程式可移植性、虛擬化與安全性、以及異質運算的進展。
MIPS CPU最新的重要特性是支援OmniShield安全技術，以硬體虛擬化技術為基礎，利用在架構增加一個新的優先層以及支援多個客戶(guest)域的方式，實現CPU上的多域安全性。從低階M5100到中階I6400、以及高階P5600等各個產品線，都能支援硬體虛擬化技術，而且MIPS是市場上唯一提供支援硬體虛擬化技術的嵌入式MCU的業者。
此外，透過採用MIPS獨特的硬體多執行緒技術以及先進的電源管理功能，能夠有效縮小晶粒面積並最佳化動態功率。目前MIPS產品有Warrior M-class、Warrior I-class和Warrior P-class三種從入門級到高效能的產品組合，能滿足各種應用市場的需求。
Ensigma RPU：完整的無線通訊解決方案
Imagination的通訊技術總監Richard Edgar表示，無線連接已成為電子裝置的必備功能，但一直以來都是採用獨立的無線通訊晶片來設計。為了追求更高的整合度，我們看到了將無線通訊功能整合到系統單晶片上的趨勢，Ensigma RPU(無線電處理器)便是因應此需求而開發的。
Ensigma RPU是一套包涵從軟體到天線的完整端到端解決方案，也是目前市場上唯一的完整無線IP子系統。它包含整合了基頻與MAC的無線電處理器、硬體式RF IP、完整的主機軟體堆疊、以及業界認證測試等系統解決方案。
Ensigma RPU是獨特的可編程多重標準無線電處理器，能支援主要的802.11規範、電視和無線電廣播、藍牙以及其它等超過30種標準。同時，我們也正在開發802.11ax、802.15.4等新標準，以及GPS、Galileo定位標準，預計兩年內將可支援45種的無線標準。
Ensigma RPU具備絕佳的可配置性，能將多種無線通訊標準整合到系統單晶片中。為了滿足不同的應用需求，Ensigma有Explorer和Whisper兩種方案，前者強調高效能與靈活性；後者具超低功耗，由於整合了MIPS處理器，無需再利用專屬的主機處理器，因此能降低整體系統成本，非常適用於新興的穿戴裝置應用。
此外，Explorer和Whisper擁有相同的主機介面，並以相同的核心演算法為基礎，因此兩者能共享軟體與開發工具，能進一步簡化客戶的開發工作與成本。
在以上這些重要技術之外，下午的議程還包括穿戴式裝置：低功率設計與時尚的相遇、車用市場：打造自動化、豐富多媒體應用車輛、視覺技術IP：打造更聰明的相機、處理器攜手FlowCloud IP：實現端到端物聯網整合與防護等各項主題，展現了Imagination因應新一代產品需求的全方位解決方案。
合作夥伴共襄盛舉 探討最新應用成果
除了Imagination高階主管揭示的最新趨勢與重要技術方案之外，多家重量級合作夥伴也共襄盛舉，發表其市場的前瞻看法以及採用Imagination技術的成果分享。
聯發科歐洲區企業行銷總經理Siegmund Redl介紹了全球中產階級人口大增，帶來的「super-mid」市場商機，以及展望未來，連網裝置的演進將在5G行動技術應用成熟後，由於資訊的無所不在，將帶來嶄新的產業面貌。也因此，業者與生態系統夥伴的合作和共同研發將更為重要。
瑞昱科技電視晶片行銷與規劃總監Keynes Chang則是探討了電視應用SoC晶片的未來趨勢與GPU的整合需求。他指出，隨著顯示功能的重要性提升，目前電視SoC中GPU所佔面積已經大於CPU，兩個加總超過三分之一面積。
GPU的主要用途包括使用者介面，但由於多媒體裝置解析度提高，3D GPU可帶來更好的使用者經驗，未來電視也能執行多種高解析度遊戲，取代部分遊戲機功能，還能用來作為臉部偵測，解碼新增視訊格式等多種功能。
GPU功能提升的同時，也帶來了新的安全議題。例如，如果4K內容被駭，將會嚴重影響內容供應商的獲利。或是，新一代的產品會以影像作為UI，過去UI沒有安全問題，但由於影片由GPU處理，也因此須要求安全性。
目前有多種設計方式來解決GPU的安全要求。其中一種是以虛擬化技術為基礎，讓晶片上產生多個安全區域，完全獨立運作，不會互相干擾。但這會需要複雜的記憶體管理單元(MMU)，設計SoC時需考慮這點。總結來說，他強調，GPU功能越大，處理的內容越重要，安全需求便日益提高，GPU已不只是單純的功能IP，而是SoC中的重要一部分。
台積電IoT業務部門資深總監Simon Wang說明了物聯網的最新技術解決方案。儘管半導體製程微縮日趨極限，但隨著汽車、工業4.0、擴增實境？虛擬實境等使用模式的多樣且先進，仍然需要高階製程技術來帶動新興應用，這樣的高附加價值才能推動產業的健康成長。
物聯網裝置將快速起飛，16/10奈米的需求仍在，但將從過去以效能驅動的方式，改為以低功耗技術為主。除了先進製程，台積電也將重新開發低功耗55/40/28奈米技術，進一步降低漏電流並延長待機時間。
台積電也將強化與OIP(開放創新平台)夥伴的合作。目前，台積電與Imagination已有廣泛且密切的合作關係，針對28/16奈米進行GPU最佳化設計，透過提供通過驗證過的IP，加速客戶產品上市時間。
prpl基金會策略長Cesare Garlati則是闡述了開放標準與開放安全性的重要性。prpl是一個開放源、社群導向、協同合作的非營利基金會，旨在支援MIPS架構，並對其他架構開放，專注於推動下一代「資料中心到裝置」的可移植軟體與虛擬化架構。針對安全技術，基金會正展開計畫，透過業界合作，以實現端到端的系統安全性。
此外，M31介紹了該公司的「物聯網平台的功率最佳化解決方案」；杜比則是在現場展示該公司的Dolby Audio技術，如何能在內建MIPS CPU的晶片上執行，並支援Dolby TrueHD、Digital Plus、ProLogic IIz等技術，以便在家庭、劇院、甚至行動中也能實現豐富、清晰、強大的音效品質。
而明導國際進行了兩場技術課程，一是說明利用其Veloce平台執行Imagination IP硬體模擬的應用案例。Veloce2硬體模擬平台是業界領先的解決方案，能滿足智慧型手機與ADAS(先進駕駛輔助系統)等複雜SoC的驗證需求，加速產品開發時程。而明導與Imagination在硬體方面有著長期的密切合作關係。另一場則是介紹明導國際針對穿戴式裝置提供的嵌入式軟體方案，並以內建MIPS核心的Ineda穿戴式處理器為例，說明結合其Nucleus RTOS的實際應用。
另外一家合作夥伴新思科技同樣也有兩場技術課程。一場是「最佳化PPA考量下的快速IC設計與驗證方法」，闡述新思科技與Imagination已建立了超過十年的合作關係，能利用其驗證、原型設計等各類方案縮短SoC的開發時程，並說明如何利用HAPS-70平台加速Imagination PowerVR Series 6XT的硬體驗證與軟體開發。另一場則是介紹採用新思的DesignWare HPC設計套件來強化PowerVR Series7 GPU在16FF+製程的效能與功耗表現。這些涵蓋各項主題的一系列豐富議程，為一整天的技術饗宴劃下了圓滿句點。
