APU為小型嵌入式設(shè)備配備強(qiáng)大的圖形功能

嵌入式 PC 正以前所未有的方式被推向卓越。這種壓力大部分是由來自消費(fèi)市場(chǎng)及其大量計(jì)算設(shè)備的用戶需求產(chǎn)生的。今天，很難找到不需要更強(qiáng)大圖形功能的垂直市場(chǎng)。與此同時(shí)，對(duì)低功耗更小外形尺寸的推動(dòng)迫使嵌入式 PC 跟上不斷縮小的電路板尺寸。許多年前，嵌入式計(jì)算的未來被定義為“越小越好”?，F(xiàn)在，該目標(biāo)似乎已被重新定義為“更小，功能更多，更好”。

為了在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量視頻，設(shè)計(jì)人員傳統(tǒng)上需要以插件卡或模塊的形式集成基于外圍設(shè)備的圖形引擎。這增加了系統(tǒng)中的整體硬件組件數(shù)量，并經(jīng)常導(dǎo)致額外的外形尺寸和散熱問題。

今天，主要的芯片供應(yīng)商正在提供足夠強(qiáng)大的嵌入式圖形處理器來滿足多種應(yīng)用需求。一種這樣的處理器是加速處理單元 （APU），它將中央處理單元 （CPU） 和圖形處理單元 （GPU） 的功能組合到一個(gè)芯片中。

進(jìn)程主要在標(biāo)準(zhǔn) CPU 上串行運(yùn)行。在這些情況下，并行化只能發(fā)生在多處理器系統(tǒng)中，或者實(shí)際上是通過對(duì)相對(duì)較大的進(jìn)程進(jìn)行時(shí)間拼接控制來實(shí)現(xiàn)的。相反，使用 GPU，任務(wù)分布在許多小型且高度專業(yè)化的引擎上。這些引擎根據(jù)各自的任務(wù)相互鏈接，它們?cè)诿總€(gè)時(shí)間步中并行管理這些任務(wù)。對(duì)于另一種類型的處理器，通用 GPU （GPGPU），各個(gè)處理器任務(wù)不是硬連線的，就像使用簡(jiǎn)單 GPU 的頂點(diǎn)著色器單元一樣。相反，特定任務(wù)是可自由配置的，類似于一定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)處理器。

像 AMD Fusion 這樣的 APU 憑借其靈活的并行處理單元將自己與標(biāo)準(zhǔn) GPU 區(qū)分開來。其 GPGPU 可用于計(jì)算密集型并行操作，并可顯著提高非圖形領(lǐng)域的性能。該 APU 不僅提供了強(qiáng)大的圖形引擎，還為開發(fā)人員提供了將其用于其他目的的自由。

Qseven 滿足圖形需求

在系統(tǒng)中實(shí)施最新的 APU 芯片時(shí)，最佳選擇通常是小型模塊。使用 AMD Fusion APU 的小型模塊的一個(gè)例子是 congatec 的 Qseven 模塊 conga-QAF。Qseven 標(biāo)準(zhǔn)是一種現(xiàn)成的、多供應(yīng)商的計(jì)算機(jī)模塊 （COM），它集成了普通 PC 的所有核心組件。它安裝在載板上，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑵?I/O 要求與其封裝要求相匹配。

Qseven 外形尺寸為 70 mm x 70 mm，采用高速 MXM 系統(tǒng)連接器，無論供應(yīng)商如何，該連接器都具有標(biāo)準(zhǔn)化的引腳排列。Qseven 規(guī)范為載板、Qseven 模塊和扁平散熱器組合定義了 13.9 mm 的超低總高度，當(dāng)使用最低高度的 MXM 連接器時(shí)。

除了提供緊湊的設(shè)計(jì)外，Qseven 模塊還允許設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)可能使用電池供電運(yùn)行系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。為了從電池中獲得最長的正常運(yùn)行時(shí)間，設(shè)計(jì)人員需要專注于保持系統(tǒng)總功耗盡可能低。如圖 2 中的框圖所示，在 congatec 的 conga-QAF 模塊上發(fā)現(xiàn)的 AMD G 系列 APU 的時(shí)鐘速度為 1.0 GHz，單核版本的熱設(shè)計(jì)功率 （TDP） 為 5.5 W，單核版本為 6.4 W雙核版本。任一型號(hào)都可使 Qseven 模塊低于 Qseven 模塊指定的 12 W 上限。

行動(dòng)中的 APU

APU 和 Qseven 等模塊開始發(fā)揮主要作用的嵌入式市場(chǎng)領(lǐng)域之一是醫(yī)療設(shè)備。在消費(fèi)市場(chǎng)的帶動(dòng)下，顯卡核心效率在醫(yī)療器械市場(chǎng)穩(wěn)步提升。特別是，虛擬世界的 3D 表示已將顯卡的專業(yè)化提升到計(jì)算能力的最高并行度。由于圖形數(shù)據(jù)的多樣性，例如用于碰撞查詢的紋理計(jì)算、體積計(jì)算和 3D 建模，以及用于幾何計(jì)算的頂點(diǎn)著色器，這些功能不再牢固地投射在硬件中，而是可以自由編程。因此，現(xiàn)代圖形內(nèi)核提供了靈活且巨大的潛力。

醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的一個(gè)具體示例是當(dāng)今便攜式 3D 超聲設(shè)備中的計(jì)算要求。與 x86 處理器的通用串行計(jì)算能力相比，使用專用處理內(nèi)核可以更高效、更快地處理來自傳感器、測(cè)量頭、收發(fā)器或攝像機(jī)的某些數(shù)據(jù)形式。使用 GPGPU，程序代碼是否虛擬生成或從外部源轉(zhuǎn)發(fā)無關(guān)緊要。因此，將 CPU 和 GPU 整合到 APU 中以創(chuàng)建更強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)是有優(yōu)勢(shì)的。

如今，基于便攜式計(jì)算的設(shè)備，無論是用于醫(yī)療、自動(dòng)化、物流還是信息亭系統(tǒng)，都需要比以前的嵌入式技術(shù)提供的更高的圖形和計(jì)算性能。用戶可以通過更改模塊輕松升級(jí)他們的機(jī)器和設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)未來的性能提升。這為便攜式設(shè)備帶來了新的可能性，特別是在成像技術(shù)和分析設(shè)備方面，APU 架構(gòu)可以充分利用并行處理的優(yōu)勢(shì)。此外，出色的計(jì)算能力與功耗比使電池供電的設(shè)備具有更高的性能。展望未來，越來越多的應(yīng)用程序?qū)⒉豢杀苊獾乩?APU 的未來發(fā)展

審核編輯：郭婷