Imagination高峰會 實現SoC創新設計

台灣區業務總監Maxwell Lin開幕致詞。

全球領先的矽智財(SIP)業者Imagination Technologies日前分別在新竹與台北舉辦了年度高峰論壇，執行長Hossein Yassaie以及重要業界夥伴共同與會，發表市場與技術發展的最新趨勢。

隨著行動與雲端技術的融合漸趨成熟，帶動了物聯網、穿戴式裝置、以及連網汽車等下一波智慧型裝置的快速進展。在2014年的高峰論壇中，Imagination展現了該公司涵蓋繪圖、視訊、通訊、CPU等完備的SoC IP解決方案，將能協助客戶因應最新市場趨勢，實現創新設計。

Imagination台灣區業務總監Maxwell Lin在開幕致詞時表示，近年來公司的產品組合持續擴大，已從繪圖IP，逐步擴展到音訊、視訊、視覺、射頻，以及2013年納入的MIPS CPU系列產品，使Imagination能為客戶提供全方位服務。

特別是，Imagination將在這次活動中發表最新的64位元MIPS CPU新產品，這不但是未來的重要趨勢，也將使Imagination在CPU IP市場中扮演更重要的角色，並為業界帶來具備優異特性的另一種選擇。

市場轉折帶來無窮商機

Imagination執行長Hossein Yassaie以「市場轉折點將創造無窮商機」為題發表專題演講。身為全球領先的IP業者，他指出，從IP核心、到SoC和終端產品問世，是一個需耗費4到6年的漫長創新過程。因此，IP業者必須掌握市場與技術趨勢，才能正確地預測未來方向，引領新產品開發。

他說，「這也是Imagination一貫秉持的創新精神，堅持投入資源開發未來可用的新技術，就像過去我們成功推動GPU(繪圖處理器)在行動裝置的廣泛應用一樣。」

Yassaie認為未來有多項重要的市場趨勢，首先，智慧型手機與平板電腦市場將漸趨成熟，使行動上網的概念擴散到更多元化的市場，特別是連網汽車應用。同時，穿戴式裝置將成為另一個新興的產業亮點，需要更低功耗與精巧的解決方案，才能真正開發出滿足消費者需求的產品。

此外，在業界推動架構中立性的努力下，應用程式的移植性日益升高，像HTML5、LLVM等程式語言都將能支援各種作業系統平台，並帶來更高效能。

物聯網(IoT)與雲端資料也將扮演重要角色，這會帶動對於安全性技術的需求增高。最後，推動半導體產業成長的摩爾定律雖將趨近極限，但這並不影響產業與技術的發展，未來在上述各種應用的帶動下，半導體技術將滲透到日常生活的各個角落，因此，解決方案才是業者勝出的關鍵，領域知識(domain knowledge)的重要性將更勝以往。

在此趨勢發展下，Yassaie強調，商機將所無不在，包括穿戴式裝置、家庭無線網路、自動化與機器人、先進駕駛輔助系統(ADAS)、醫療、能源、農業用的物聯網裝置、以及即時與巨量資料分析等，都將為產業發展帶來全新的面貌。

Imagination獨特的IP解決方案

Yassaie介紹說，Imagination的IP產品組合涵蓋Ensigma通訊處理器、PowerVR繪圖與視訊處理器、以及MIPS通用型處理器，具備低功耗、小面積等優異特性，能夠解決下一代應用的挑戰，並協助客戶開發出優異的連網SoC解決方案。

目前在行動、消費、多媒體、運算、網路、汽車與能源等各個領域，都有許多內建Imagination技術的產品，過去幾年來總出貨的產品數量已超過70億台，相當於每天有300萬台內建Imagination技術的產品上市，已充分獲得業界的證明與認可。

特別是，Imagination在2013年完成MIPS收購交易後，展現出強烈的企圖心與承諾，持續推動MIPS CPU產品的進展。他強調，業界亟需要另一種架構解決方案，而在MIPS技術的持續發展下，將可望重塑未來市場的競爭態勢。

回顧矽智財(SIP)的發展歷程，才不過7、8年前，當時包括視訊、繪圖、射頻、視覺等各種技術都必須依賴外部晶片才能實現。但現在，先進的行動應用處理器都已經能將這些技術全部整合在單一晶片中。下一波的IoT裝置，需要在SoC中整合CPU、低功耗通訊以及週邊功能，這些方案Imagination也都齊備了。

除了SoC的整合度快速提升之外，IP效能也進展迅速。以行動GPU為例，過去5年來的效能以增加了300倍，預計2014年底Imagination新的PowerVR產品問世後，更將達到400倍，已經能將桌上型電腦的繪圖效能帶到行動裝置上了。但在效能提升的同時，最重要的關鍵在於還要維持同樣、甚至是更佳的低功耗特性，這也是Imagination努力的目標，也是優勢所在。

此外，隨著最新的光線追蹤(Ray Tracing)技術成熟，Imagination更能把互動式的真實感影像技術帶到行動裝置中，這將是繪圖技術的突破性進展。

Imagination已於2013年3月推出以PowerVR Sseries6XT Rouge架構為基礎的PowerVR Wizard GPU系列產品，內建最新的光線追蹤技術，可實現生動的動態光線模式，帶來更具臨場感的擴增虛擬體驗。與此同時，Imagination也積極擴展光線追蹤的生態系統，讓更多開發人員能夠使用。

他強調，未來3到5年，這將完全改變行動應用的繪圖體驗，消費者將能創造全新品質的視訊內容。

Imagination推動的另一項創新技術是Ensigma RPU(射頻處理器)，就像GPU逐漸成為SoC中不可或缺的一部分，Yassaie表示，將Wi-Fi、藍牙等通訊功能整合到系統單晶片中，也將會是必然的趨勢。

Ensigma RPU具備可編程特性，能支援各種新興與演進中的通訊標準，而且具備低功耗、低成本的特性，非常適用於各類對成本敏感的IoT裝置。

演講最後，Yassaie強調，Imagination擁有推動SoC下一波創新進展的完整IP技術，同時公司正積極擴展MIPS與PowerVR生態系統，並專注於與客戶建立長期的夥伴關係，將共同為實現物聯網與穿戴式裝置等新興連網SoC而努力。

台積電與Imagination合作推動技術創新

台積電公司設計建構行銷處資深處長Suk Lee在專題演講中說明了無晶圓製造模式的優勢與演進，並指出為了因應物聯網的龐大市場商機，台積電也準備所需的製程技術來服務客戶。

根據市場研究報告，物聯網未來幾年將快速成長，預估到2020年，全球將有500億台各種型態的互連裝置。

Suk Lee指出，物聯網的應用廣泛，涵蓋了從低階採用8？16位元處理器的智慧電表、智慧插座，到中階16？32位元處理器的智慧手表、智慧照明，到高階32？64位元處理器的家用閘道器、家用智慧溫度控制系統、智慧眼鏡等。

就製程技術而言，為了滿足新一代多樣化智慧型裝置的需求，除了邏輯製程之外，類比、射頻、MEMS、嵌入式快閃記憶體、以及影像感測器等技術的需求也將日益提升，才能滿足琳瑯滿目的市場需求。他預期18微米射頻、90/55/40奈米超低功耗射頻、28奈米超低功耗射頻、以及16奈米FinFET將是因應低階到高階各種物聯網裝置的下一代製程技術。

台積電一直致力於建構完備的設計生態系統，並與IP、EDA夥伴合作建立開放創新設計平台OIP (Open Innovation Platform®)，推動技術發展。目前台積電與Imagination已展開廣泛的合作關係，除了針對現有以及新一代16奈米FinFET製程之外，雙方亦針對PowerVR Wizard光線追蹤GPU與MIPS CPU、連接性等各項技術進行合作。

他表示，根據測試，將PoweVR6XT GPU從16奈米FinFET移植到16奈米FinFET+製程上，能夠在相同功率基礎上，提升效能15%。這意味著未來行動裝置的繪圖功能仍將持續成長。

智慧、顯示與巨量資料世代

瑞昱半導體產品線主管Eddie Chang從智慧功能與顯示技術來探討未來的技術發展趨勢。

他指出，智慧裝置與顯示器技術是未來市場進展的兩大重要趨勢。也因此，電視、智慧型手機、穿戴式裝置和白色家電將會成為新的產品亮點。這些產品都要追求更多的智慧功能、互動性、連接性、顯示品質，以及能與雲端連結。

目前業者都積極推動更多智慧型裝置的實現，隨著越來越多裝置與雲端連結，下一波的重要趨勢則將是巨量資料商機。他解釋說，巨量資料帶來的商機主要有3個方面，分別是巨量資料的擷取、分析、以及保護。

在資料擷取方面，包括裝置端的品牌、SoC、以及APP業者都將能透過紀錄視訊、相片、語音、資訊等各種方式來獲得資料；而在雲端，雲端伺服器業者能會紀錄不管是私有或公共雲端中的資料與行為。

目前的作法是將連網裝置的資料直接上傳至雲端儲存。但隨著連網裝置越來越多，同時資料的隱私與安全性議題日益重要。在擷取資料時，為了降低對物聯網裝置的功率與效能需求，未來趨勢可能朝先在近端設備收集和運算來自家庭或感測器的資料，再將資料傳到雲端，但這會對智慧與安全功能帶來新的要求，業界正在解決中。

他認為，未來將會針對個人與家庭用戶興起保險雲(Insurance Cloud)的服務，它可作為資料代理人、管理者的角色，因此在將個人與家庭資料上傳時，可先透過保險雲的機制，取得更多的保障；甚至在取得消費者的同意後，還有可能銷售資料。這將會催生巨量資料時代的新興業務模式，帶動更多機會。

專家觀點：克服SoC設計挑戰

來自瑞昱半導體、新思科技、益華電腦與台積電的合作夥伴，在Imagination行銷執行副總裁Tony King-Smith的主持下，以專家座談的形式，共同討論了未來的應用趨勢與面臨的技術挑戰。

隨著SoC的複雜度越來越高，如何在最短的上市時程內，開發出符合成本、效能與功率需求的晶片，已成為設計業者日益艱鉅的挑戰。

瑞昱科技Eddie Chang認為，晶片建置的技術管理變成更為重要，要如何建立更好的設計流程，並能更正確的預估功耗與效能，才能決定何時能完成專案設計，並對設計品質有更佳的掌控。

新思科技策略聯盟總監Phil Dworsky表示，因應設計業者的需求，EDA業者須致力於提供適切的設計方法論，以及建置流程與PPA(功率、效能、面積)最佳化的解決方案，以及驗證軟體、快速原型製作等各項技術，才能協助業者在更短時間內，設計出更複雜、更低功耗、更低成本的晶片。

益華電腦技術支援與服務經理Jack Chen表示，GPU佔SoC面積的比例越來越大，幾乎已超過50%，因此晶片的PPA最佳化設計已變得至關重要。除了滿足高效能晶片設計的相關技術外，另一方面，隨著IoT裝置的興起，未來低功耗、封裝技術也將扮演重要角色。

台積電矽智慧財產管理專案經理Chek-San Leong指出，在先進製程上，IP的品質非常重要，因此，台積電與業界夥伴合作，共同為新製程制定最佳的參考流程，以滿足客戶的需求。面對新興的IoT市場，他認為，超低功耗28奈米將會是主流應用，但由於這是非常多樣化的市場，對於嵌入式快閃記憶體、類比、感測器製程技術也都有需求，有可能會用現有或新的平台技術，這是下一波產業的重要趨勢，但仍在努力進展中。

MIPS架構再度興起

Imagination於2013年2月購併MIPS科技，一年多來已取得了多項重大進展。執行副總裁Tony King Smith表示，MIPS架構具備優異特性，但需要投入更多資源，才能讓它擴散到更多的應用。

尤其是，在開放作業系統以及ISA中立的趨勢下，更讓MIPS架構有了新的發展機會。他強調，以MIPS原有的Aptiva系列產品為基礎，Imagination已陸續發布了多項新款MIPS產品，再結合Imagination的業界關係與技術聲譽，他相信，MIPS CPU終將能真正成為業界的另一種選擇方案。

就MIPS CPU的產品藍圖來看，Imagination已推出新的MIPS Series 5 Warrior系列處理器，包含高效能P-Class、中階I-Class、以及嵌入式用的M-Class產品。

他表示，MIPS是經過驗證的32/64位元架構技術，擁有出貨超過20年的歷史，且其32位元與64位元技術是完全的二進位相容。此外，它還具備多執行緒、多核心、多叢集、硬體虛擬化、以及異質多域(multi-domain)安全性等多項特性。

MIPS是可擴充性最佳的處理器架構，已部署在從嵌入式微控制器到64位元先進通訊處理器等各種應用中。他強調，Imagination致力於提供完整、且具先進特性的IP產品，協助客戶開發出具差異化特性的產品。

為了擴大MIPS應用，Imagination也積極建構生態系統。該公司日前與Broadcom、Cavium、Ikanos、Ineda Systems、Ingenic Semiconductor、Lantiq、Nevales Networks、PMC和Qualcomm等領先業者共同成立了prpl基金會，旨在支援MIPS架構，並對其它架構開放，以推動下一代「資料中心到裝置」的開放源、可移植性軟體與虛擬化架構。

此外，Imagination也與Oracle合作，確保Java可為所有的64位元和32位元MIPS平台提供完整支援，其中涵蓋Oracle JDK、Java SE Embedded等。而在Android生態系統的建置方面，Imagination更是不遺餘力。Android已能為MIPS架構提供完整支援，並擁有工具鏈、充分可移植的應用程式等。

掌握未來新興商機

Imagination策略行銷副總裁Andy Thompson表示，Imagination的IP已應用在行動電話、平板電腦、消費性裝置、行動多媒體、網路、汽車以及新興物聯網等各類市場中。然而，在雲端運算與物聯網技術的推動下，他指出，這些過去各自獨立的市場都將連結在一起。例如，行動電話可能會與穿戴裝置、電視、雲端和家庭網路，甚至汽車相互連結，這是全新的使用模式與市場商機。

在此市場需求下，他表示，IP業者更需要能提供完備的解決方案，才能滿足所有市場的需求，也因此建構平台式的解決方案將變得更為重要。

此外，由於各類裝置將彼此互連，對於軟體可移植性以及安全性的需求將日益提升。另一方面，物聯網和穿戴式裝置對於功耗、效能與外形尺寸的要求將更為嚴格，將催生異質處理與新的平台架構。

同時，他也看好視覺處理技術將會獲得更廣泛的應用，包括先進駕駛輔助系統、姿勢辨識、臉部辨識、即時影像過濾等，都將帶動新的使用模式。隨著連網SoC的應用將無所不在，也將推升對語音、影像、手勢、視覺等各種處理技術的新需求。

因應這樣的發展趨勢，Imagination以其PowerVR、MIPS、Ensigma、以及FlowCloud技術，打造出創新的IP平台解決方案，並專注於建構堅強的生態系統、提供完備的工具支援、以及異質處理、硬體虛擬化、安全性等重要功能，將能滿足未來成長市場的各種開發需求。

物聯網與穿戴式裝置設計

物聯網和穿戴式裝置是業界的最新亮點，Imagination消費性策略行銷資深經理Simon Forrest介紹了設計這類新產品的重要考量。

他表示，物聯網裝置的演進將以3個階段逐漸展開。首先從現在到2020年，將從消費性裝置開始，預估能達到200至300億台裝置；第二波則是擴散到工業應用，預計從2016年到2025年，市場規模將達到1000億台裝置，最後從2020年起，幾乎所有裝置都彼此互連，這是數兆台的市場規模，將全面改變人們日常生活的方式。

穿戴式裝置的成長潛力也同樣驚人。據統計，到2019年將達到4.65億台的規模，其中醫療、運動、智慧手表是主要的產品類別，比例分別為32%、31%、以及20%，智慧眼鏡則約佔8%。

他強調，這些新類型的產品設計需要新的運算架構，若只是採用現有行動SoC的精簡設計，將會因為功耗太高而不被消費者所接受。穿戴式裝置需要針對個別應用採用專門設計的SoC，才能實現最佳化效能。

此外，低功耗通訊功能也將扮演重要角色。Imagination的Ensigma Series 4射頻處理器是專為穿戴式與物聯網裝置所設計，能在單晶片中將低功耗Wi-Fi、藍牙、電視廣播等各類通訊標準整合在一起。

Imagination Ensigma業務開發副總裁Chakra Parvathaneni也指出，Ensigma RPU是一種軟體定義基頻技術，涵蓋了從RF到軟體的完整解決方案，可支援多種通訊標準。Ensigma有Explorer和Whisper兩系列產品，Explorer可提供高效能通訊功能，而Ensigma Whisper的低功耗需求，是專為穿戴式與物聯網裝置SoC所設計。

全新MIPS Warrior系列處理器

MIPS Warrior是Imagination收購MIPS後推出的最新產品，包含P-Class、M-Class，以及最新發布的64位元I-Class三個系列。MIPS處理器業務開發總監Mark Throndson表示，MIPS Warrior涵蓋完整的64位元和32位元版本，讓每個產品都能提供同類最佳的效能，並獲益於MIPS架構的獨特效益，可為高階、中階和入門級？微控制器CPU實現從32位元至64位元的無縫移植。

此外，Imagination將會為全系列核心增加硬體虛擬化等新特性，以為從運算密集的企業環境到低功耗行動平台等各種應用帶來絕佳效益。

P-Class的P5600核心可支援多核心配置，每個叢集最多為6個核心，並具備高效能快取一致性、硬體虛擬化、128位元SIMD，再加上為最大化SoC系統效能進行的重大微架構最佳化設計。P5600還包含增強虛擬位址(EVA)和延伸實體位址(XPA)特性，以確保未來世代產品的可擴充性。

而M-Class則是全球第一款內建硬體虛擬化技術的微控制器(MCU)級CPU IP核心，可為各種入門級應用帶來全新的靈活性、安全性與可靠性。Throndson指出，虛擬化一直被視為伺服器等高階應用所採用的強大技術。然而，Imagination預見了CPU的發展趨勢，將朝更先進的多內容(multi-context)安全性與多重執行域(execution domain)進展，因此決定在MCU級核心中加入虛擬化技術，相信能為嵌入式應用帶來全新的設計思維。

在高峰會中，Imagination發表了最新的I-class I6400 CPU產品，這是第一款結合64位元架構與硬體虛擬化技術的IP核心，透過多執行緒、多核心與多叢集一致處理(multi-cluster coherent processing)技術，能提供可擴充的效能。

Throndson表示，MIPS Warrior I-class處理器核心已為主流的64位元應用設立新的標準，這些應用包括嵌入式、行動、數位消費、先進通訊、網路和儲存 ─ 這是單一MIPS核心系列能瞄準的最廣泛應用組合。而I6400傑出的特性組合以及效能？功率？面積的領先優勢，使其遙遙領先競爭產品，並能協助客戶建置出具備相同效能、但面積更小的核心，或是相同面積、但速度更快的核心。

此外，有鑑於安全性的重要性日益提升，MIPS處理器更強化了此一特性。Tony King Smith表示，為了確保安全性，基本的做法是在異質架構中採用多域安全性，這是不管從物聯網到資料中心都需要的特性。MIPS處理器的虛擬化技術能提供硬體防火牆級的安全性、可擴充性、以及必要的隔離性，適用於跨各種應用與內容來源的安全內容傳送、安全支付、身分保護以及更多功能。

PowerVR繪圖、視訊與視覺技術

身為GPU IP的業界領導者，Imagination一直引領繪圖技術的發展。該公司繪圖處理器業務開發總監Kristof Beets表示，繪圖處理器的應用日趨廣泛，從IoT、UHDTV、機上盒、行動電話、汽車、到伺服器、遊戲機等，涵蓋了從低階到高階的各種不同市場。不同的應用，對於效能、成本、面積、功率、繪圖特性、GPU運算等功能需求也各不相同。

Imagination的PowerVR繪圖處理器具備優異的可擴充性，而且在每瓦效能、單位面積效能、以及頻寬降低等各項效能指標上都領先同類競爭產品。此外，Imagination也積極建置生態系統，可提供領先的API支援、免費SDK，以及教育訓練，能夠以完整的解決方案滿足不同繪圖應用的需求。

而在視訊應用方面，PowerVR視訊與視覺業務開發總監Chris Longstaff指出，消費者不斷追求更佳的視覺體驗，傳統的做法是增加解析度，但不僅於此，訊框率、色深、動態範圍、壓縮格式等各項特性都會影響視覺體驗。

此外，行動裝置、汽車、相機、可穿戴裝置等各種產品對於影像品質的要求也各不相同。PowerVR解碼器產品具備優異的可擴充性與低功耗特性，能提供最佳的視覺與影像解決方案。

視覺應用是Imagination力推的重點之一，視訊與視覺業務開發總監Chris Longstaff表示，相機的應用將日益廣泛，包括汽車、智慧型電視、監控設備等裝置，而且會結合擴增實境、場景與物件辨識等不同的功能。隨著技術進展，相機的解析度與訊框率將持續提升，以滿足更先進的視覺功能需求。

PowerVR Raptor異質視覺平台是Imagination突破性的新款相機影像訊號處理(ISP)架構，已為整合至下一代系統單晶片(SoC)進行了最佳化設計，可適用於廣泛的影像與視覺應用。Longstaff指出，透過將ISP功能整合到SoC中，業者便能達成高效能目標，並同時降低成本與功耗。視覺系統將是未來消費技術的主要推動力量，同時也是智慧型手機、平板電腦、IoT和新興汽車應用等產品的重要差異化因素。

數位連網家庭解決方案

Imagination消費性策略行銷資深經理Simon Forrest表示，連網家庭涵蓋消費電子、網路技術、智慧電網、家庭自動化、醫療、保全、智慧家電等各種領域。隨著技術進步，數位家庭的演進也正快速進展。未來，透過無線網路與雲端技術，消費者將能在家中各個角落，利用手機、平板電腦或電視欣賞多媒體內容，同時家中的各類智慧家電與設備也都彼此互連，打造全新的生活型態。

Imagination針對數位家庭提供的解決方案，共包括A(音訊)、B(廣播)、C(通訊)三大領域。

在音訊方面，Imagination的Caskeid是最準確同步化的無線多房間(multiroom)互連音訊串流技術，能以低於20µS的延遲提供出色的高傳真立體音響播放品質，並可支援所有802.11 WiFi標準。

在廣播方面，隨著電視朝4K/8K更高解析度以及支援Android系統等方向進展，Forrest指出，機上盒也將變得更有智慧，未來會增加遊戲、以及硬體虛擬化功能，以支援付費電視與OTT服務。Imagination可提供10位元色深的HEVC解碼器，和相關的顯示、繪圖以及CPU解決方案，來滿足新興智慧型電視的需求。

最後在通訊領域，Wi-Fi標準持續演進，現增加了最新的低速802.11ah標準，瞄準1GHz以下的免費頻譜，這是主要為了物聯網裝置所設計。可以預見，未來家庭終將有各種無線通訊技術並存，包括照明、保全用的802.11ah、802.15.4、Bluetooth LE，以及電視、機上盒用的802.11n/ac。Imagination的Ensigma通訊處理器，能協助業者將各種通訊標準整合在其系統單晶片中，以因應不同的使用需求。

此外，Imagination還可提供FlowCloud技術，它是一套模組化的基礎架構功能與底層服務，可為嵌入式IoT應用提供裝置與雲端連結的最佳化設計，並確保安全性與靈活性。

Forrest指出，現在是數位連網家庭演進的起點，未來5到10年，我們將能看到更多包括電腦視覺、全像投影、完整光線追蹤、物件導向音訊、14位元色深等先進技術的出現，晶片業者應掌握趨勢，才能掌握下一波產業創新的先機。