三星半導(dǎo)體Exynos VR一體機(jī)解決方案詳解 - 全文

　　本文是編輯整理自三星中國研究院的院長兼副總裁David Wu在2016深圳ARM技術(shù)論壇上的發(fā)言，他簡(jiǎn)要描述了三星半導(dǎo)體的現(xiàn)狀和對(duì)VR領(lǐng)域的布局，詳細(xì)介紹了針對(duì)VR推出的Exynos VR系列應(yīng)用處理器和Samsung Exynos VR解決方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

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　　很高興有這個(gè)機(jī)會(huì)來跟大家分享三星半導(dǎo)體Exynos Soc在VR方面的一些解決方案。三星半導(dǎo)體大家應(yīng)該都聽說過，但由于三星的業(yè)務(wù)面比較廣泛，所以大家接觸最多應(yīng)該還三星的手機(jī)。三星半導(dǎo)體作為三星電子的核心部門，它在業(yè)界的地位還是很領(lǐng)先的，這一點(diǎn)從存儲(chǔ)器的銷售額方面可以反映出來——十幾年來三星的銷售額一直是排名第二，僅次于Intel。

　　業(yè)務(wù)角度上，三星半導(dǎo)體最具優(yōu)勢(shì)的是存儲(chǔ)器，包括各種存儲(chǔ)卡及現(xiàn)在的固態(tài)硬盤SSD；但除此之外，在非存儲(chǔ)領(lǐng)域即我們所稱的“System LSI”，在業(yè)界也是很領(lǐng)先的，其中具有代表性的產(chǎn)品有應(yīng)用處理器（例如Samsung7460）、CMOS Image Sensor等。

　　三星半導(dǎo)體最獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在于工藝制程，擁有全球首個(gè)成功量產(chǎn)的14nm FinFET LP工藝芯片，自有Foundry保障工藝制程和流片產(chǎn)能，也可以做代工。去年三星半導(dǎo)體的總銷售額已經(jīng)超過四百億美元，成長速度還算不錯(cuò)。

　　和業(yè)界其他半導(dǎo)體廠商不同的是，三星半導(dǎo)體提供一站式芯片供應(yīng)及解決方案。針對(duì)Smartphone我們能夠提供很好的處理器、存儲(chǔ)器等。

　　而現(xiàn)在我們進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)/IoT時(shí)代，“Smart”包含的產(chǎn)品除了智能手機(jī)、智能手表，還出現(xiàn)了醫(yī)療可穿戴設(shè)備、智能家居、無人駕駛汽車等等，這時(shí)候芯片研發(fā)和一站式的解決方案、構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)等都是非常關(guān)鍵的，今天我們就以目前比較火的VR領(lǐng)域?yàn)槔齺磉M(jìn)行討論。

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　　從數(shù)據(jù)圖中可以看到不同硬件設(shè)備的銷量，從PC到平板再到智能手機(jī)，其中智能手機(jī)的銷量目前是最大的；但是我們也可以發(fā)現(xiàn)，VR設(shè)備用戶數(shù)量的增長速度是非常可觀的。

　　目前VR產(chǎn)品有幾種形態(tài)：臺(tái)式機(jī)VR、基于手機(jī)的VR、移動(dòng)VR設(shè)備（一體機(jī)）。不同形態(tài)VR設(shè)備的數(shù)據(jù)趨勢(shì)可能會(huì)不太一樣，但總體上VR的發(fā)展還是挺不錯(cuò)的。目前比較主流的媒體報(bào)告都認(rèn)為，移動(dòng)VR一體機(jī)以后的發(fā)展規(guī)模更大。

　　我們來回顧一下VR的定義，一般是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)為使用者創(chuàng)造身臨其境的用戶體驗(yàn)，最基礎(chǔ)的是立體顯示技術(shù)。立體顯示技術(shù)是包含了立體視覺、透鏡、處理、生成、交互以及內(nèi)容產(chǎn)生的一種綜合技術(shù)。其中顯示交互技術(shù)是非常關(guān)鍵的，通過交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的及時(shí)反饋。

　　這些計(jì)算技術(shù)以前也有，為什么VR現(xiàn)在才突然火起來，很重要的一點(diǎn)原因是半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，使芯片的集成度增高、計(jì)算能力增強(qiáng)，讓VR設(shè)備的移動(dòng)化成為可能，一體機(jī)這時(shí)候開始爆發(fā)。

　　三星半導(dǎo)體針對(duì)VR推出Exynos VR系列應(yīng)用處理器，目前最成熟的、已經(jīng)開始量產(chǎn)的產(chǎn)品是我們的Exynos VR7，是去年推出的第一款采用14nm FinFET超低功耗制程的產(chǎn)品。今年我們推出了第二代產(chǎn)品Exynos VR8，CPU處理器采用了定制的Mongoose M1，從性能、功耗上都有很大提升。

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　　上部分主要講芯片，那從我們熟悉的角度來看，Samsung Exynos VR的解決方案基本上分為幾個(gè)層次：

　　1、H/W Platform開發(fā)板

　　-基于Exynos 處理器的成熟硬件平臺(tái)，增加VR特性，做相關(guān)優(yōu)化

　　-AP，WI-FI/BT Audio Codec，Sensor，Charger.。。

　　-參考整機(jī)第一個(gè)版本6/E釋放

　　2、BSP Platform

　　-基于S/Phone的BSP平臺(tái)增加VR特性的支持，并做相關(guān)裁剪

　　-Exynos7420平臺(tái)已經(jīng)在客戶中經(jīng)過檢驗(yàn)，持續(xù)優(yōu)化中

　　3、SDK Platform

　　-支持客戶自主SDK開發(fā)

　　-通過同第三方合作提供整體解決方案

　　做VR產(chǎn)品有幾個(gè)關(guān)鍵的要素，也可以說叫做難點(diǎn)。

　　第一個(gè)是虛擬感。要實(shí)現(xiàn)虛擬感很重要的一點(diǎn)是低延遲，即隨著人的視線變化顯示畫面要很快的同步刷新。一般要求視野回傳的延遲低于20ms，要求更高一點(diǎn)要達(dá)到15-16ms。人類對(duì)于頭部轉(zhuǎn)動(dòng)和相對(duì)應(yīng)的視野的變化非常敏感，據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，超過20ms就會(huì)有明顯的畫面不同步。而目前常規(guī)的架構(gòu)都不能達(dá)到這個(gè)要求，包括Android display等。

　　VR的體驗(yàn)實(shí)際上需要復(fù)雜的技術(shù)處理流程，從傳感器采集、傳輸、游戲引擎處理、驅(qū)動(dòng)硬件渲染畫面、液晶像素顏色切換，最后到人眼看到對(duì)應(yīng)的畫面，中間經(jīng)過的每一個(gè)步驟都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Latency（我們稱之為延遲）。

　　第二個(gè)重點(diǎn)是低余輝。像素的余暉時(shí)間長就會(huì)有拖影，低余輝更接近實(shí)際的物理世界，目前采用OLED顯示屏有很大的優(yōu)勢(shì)

　　第三，VR產(chǎn)品的性能也是很關(guān)鍵的。CPU/GPU的穩(wěn)定輸出是畫面穩(wěn)定的保障，例如今天的主辦方ARM的Mali GPU的技術(shù)在這方面也是很領(lǐng)先的。正是采用了這些先進(jìn)技術(shù)的GPU，所以產(chǎn)品性能得到了保障；另一方面，散熱方案也起到了重要作用。

　　針對(duì)以上幾個(gè)關(guān)鍵要素，我們來看看Samsung Exynos VR解決方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)有哪些，談?wù)劷鉀Q和優(yōu)化。

　　一、3D/Disliay的優(yōu)化

　　剛剛提到，為了減少眩暈感的一個(gè)很重要因素就是低延遲，而ARM Mali GPU本身就針對(duì)VR做了很多優(yōu)化。Multi view 技術(shù)可以支持雙眼立體顯示，Ccmtext priority、 AFBC等這些技術(shù)都是為了使視野變化時(shí)畫面可以馬上更新。

　　芯片上，F(xiàn)ront Buffer Rendering 使更新的畫面經(jīng)過1幀即可顯示，快速觸發(fā)，強(qiáng)制更新。

　　二、Sensor優(yōu)化

　　Sensor交互技術(shù)也是非常關(guān)鍵的。常規(guī)的加速器、陀螺儀、磁感應(yīng)器一個(gè)個(gè)加，加了之后所有的數(shù)據(jù)再傳輸給應(yīng)用處理器進(jìn)行處理，但這樣處理產(chǎn)生的功耗比較大，也會(huì)導(dǎo)致一些誤操作，不是很有效。

　　而Sensor Hub是把幾個(gè)Sensor集中在一起，本身里面有一個(gè)MCU，會(huì)做一些前期處理，再將一些有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU進(jìn)行處理，這就是提供了一個(gè)融合算法。做得比較好的話可以在1MS內(nèi)完成采樣，然后把融合的結(jié)果提供到上層的應(yīng)用處理器去處理。

　　三、散熱技術(shù)

　　VR產(chǎn)品的性能很重要，為了持續(xù)穩(wěn)定的性能，散熱技術(shù)是很關(guān)鍵的。舉個(gè)例子，Exynos 7420全速工作時(shí)功耗是5W，如果采用熱管技術(shù)可以做到7W的散熱。對(duì)內(nèi)核調(diào)頻策略做優(yōu)化，能確保AP更多時(shí)間工作在最高性能。

　　最后總結(jié)一下，三星提供的是針對(duì)VR產(chǎn)品的整體解決方案，最大好處是能縮短VR產(chǎn)品從啟動(dòng)到量產(chǎn)的時(shí)間，產(chǎn)品開發(fā)門檻低；技術(shù)方面，三星擁有頂尖的硬件/軟件技術(shù)水平，例如已經(jīng)量產(chǎn)的Exynos 7、最新的Exynos 8；三星和ARM都是國際性的大公司，在VR項(xiàng)目上也開展了非常緊密的合作，開放、合作的實(shí)驗(yàn)室針對(duì)中國客戶可以提供很好的支持。

　?。▋?nèi)容來源：三星中國研究院院長兼副總裁David Wu，小編炮在保留其原意基礎(chǔ)上進(jìn)行整理）