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作者：Spansion公司可編程系統解決方案部門營銷與業務發展副總裁Alvin Wong 信息娛樂系統的下一個戰場將轉向用戶界面(UI)技術。消費者在作出購買決策時不再是比較功能集方面的微小差異，而是越來越多地考慮易用性和特色功能。為了趕上下一代產品周期，系統設計師在開發無缺陷工作的UI方面正面臨著越來越大的壓力。用戶界面技術的發展最終將走向語音識別和其它更復雜的UI。隨著這種趨勢的演進，消費者在今后幾年內將有機會體驗到許多新穎的、令人激動的創新技術。在UI技術普及的下一個階段，不再要求做用戶培訓，而是采用先進UI的設備需要去適應消費者需求，實現“開箱”即可使用。為了達到這個目標，設備要求變得更加智能，因而需要更強大的處理能力以及更多的內存資源。 在系統設計方面，增加系統智能將提高對額外處理能力和內存的要求，因為不僅要診斷系統或作出預測，而且要實現系統需要做出的復雜響應。預測智能的復雜性需要的處理能力和內存資源比目前嵌入式系統能提供的要多得多。隨著這些嵌入式系統承載更多的UI功能，這個問題正變得越來越具有挑戰性，鑒于嵌入式系統有限的資源特性，處理能力和內存資源更加捉襟見肘。增加更多的處理能力對嵌入式系統來說更具挑戰性，因為更高性能意味著系統需要更多的功耗。這是直接關系到電池壽命的一個約束條件，也是與足夠功耗有關的昂貴設計約束，最終將影響到用戶體驗。 使用云 近年來，云計算已經成為技術領域中的一種流行趨勢。隨著更多的應用轉向云處理，OEM廠商面臨的一個重要挑戰是判斷在哪里實現智能處理。借助包括不管是高速以太網還是3G/4G蜂窩網絡在內的幾乎無處不在的連接，電子行業中的板載功能和基于云的功能之間的界限正在變得越來越模糊。對許多應用來說，云計算基于眾多的原因而具有很大的吸引力，特別是針對嵌入式設備。一個關鍵的驅動因素是總體擁有成本：不需要在每臺設備上集成額外的計算和存儲資源而增加設備成本，而是通過網絡實現集中的處理功能和內存。這種方法允許公司在多項應用中發揮他們的技術投資力量。然而，在某些應用中這種選擇也會帶來折衷結果，因為公司需要在成本和性能之間權衡。 在汽車信息娛樂領域中，云計算部分用于支持先進的語音識別功能，但這個功能通常對性能會有影響。云計算技術的優勢在于它能提供更高的精度(更先進的分析技術和功能，比如代理輔助)。如果某個特殊語句由于口音或外部噪聲原因不能被識別，可以將它轉送到運營商那里作進一步評估。對于諸如自然語言理解(NLU)等要求更多資源來實現的應用，可以使用云計算各種復雜算法以提高精度。然而，使用云對性能的影響主要與延時有關。 由于云技術需要依賴網絡連接(在汽車應用場合是移動電話)，蜂窩連接由于固有的蜂窩覆蓋特性將成為性能瓶頸。舉例來說，如果蜂窩電話的連接信號很微弱，或者汽車或用戶根本就沒有蜂窩電話調制解調器，許多車輛的基本UI功能可能會受到不利影響，或看起來完全沒有價值。另外，傳送數據的IP網絡可能會發生丟包，從而導致不可靠的響應。同樣，這種方法常常會導致用戶界面響應發生可覺察的延遲。對UI來說，將在延時、精度和可用性方面導致不一致的結果。 信息娛樂系統OEM廠商面臨的挑戰是要在兩種需求之間取得平衡，一種需求是支持主要使用每個車載設備中的嵌入式資源的“車載”應用；另一種需求是駕駛員與車外世界的交互。一方面，有許多對車輛及駕駛員的操控和安全性來說永遠重要的功能，例如音量控制、多媒體功能或移動電話接入。另一方面，消費者對訪問地圖或社交網絡資源一直保持著很高的要求。因此，許多OEM廠商采用混合方法，即將板載處理資源專用于關鍵的車載功能，并根據需要將云計算技術用于較少使用的和高級的功能。這種方法允許OEM廠商推出既有高性能又有合理價格的系統。 UI處理器 嵌入式系統越來越多地要求高性能的處理能力。這在汽車信息娛樂領域中更加突出，而OEM廠商之間的競爭也在推動高級計算功能的創新和推廣，以便支持多內核架構和3D圖形功能。與此同時，汽車環境中的多種其它功能繼續在競爭可用的計算資源。這個負擔主要集中在作為主要計算引擎的應用處理器上，而3D圖形和先進通信協議等眾多功能也進一步加重了應用處理器的負擔。因此，這些嵌入式系統只有很有限的資源可用于其它功能。 在信息娛樂系統資源有限的固有特性及其對關鍵功能的影響方面，用戶界面是一個很好例子。比如，高級語音識別同時要求高MIPS和快速內存訪問。盡管系統設計師一直在努力開發高度優化的信息娛樂系統，以使它們能夠支持多種先進功能和一流的UI，但仍然受到可用技術的限制，特別是能夠滿足設計要求的硬件。UI越來越多地要求訪問先進的查找表和算法，從而造成與其它系統功能的直接競爭。最終，在通用處理器上執行多種識別算法的要求仍然影響到了這些系統的低功耗要求。即使高級應用處理器正在從單內核技術快速轉向高端信息娛樂系統用的雙內核和四內核技術，但我們認為UI仍將是一個計算密集型功能，要求獨立的硬件加速器和靈活的軟件算法。 隨著信息娛樂系統的OEM廠商繼續集成先進的人機界面(HMI)功能，如觸摸和語音識別功能，UI功能仍將是一個關鍵的系統瓶頸。在OEM廠商必須解決的UI瓶頸和設計挑戰之間，還需要能夠處理復雜的軟件算法；能夠在各種高噪聲環境中(如狹窄的車艙內)準確工作；能夠支持針對數據安全和訪問付費內容時的隱私要求；能夠防止設備遭到惡意攻擊，并支持與定位服務和廣告進行實時車外交互。隨著這些系統中引入更多形式的UI，下一代系統將面臨在同一系統中實現多種識別形式——語言、話音、圖像、面部特征等額外挑戰(見圖1)。單種UI技術的實時要求在繼續影響應用處理器的可靠工作，引入額外UI只會惡化這個問題，因為這些新增加的功能將進一步競爭共享資源。 
圖1：單一功能的IC將迅速發展成專用的UI處理器，以便實現并從應用處理器卸載多種形式的識別處理功能。 將來，為了達到高級UI處理要求的性能、精度和功效水平，系統將需要一種獨立的“UI處理器”，本質上，這種處理器被用作協處理器。這種器件將集成專用的硬件加速器，這些加速器執行基本和高級UI功能的速度要比通用處理器快得多。另外，這些處理器將集成有足夠多的內存資源，還有專用于提高查找表性能的算術邏輯單元(ALU)。我們相信這些UI處理器是極其高效的，能夠更快地處理高級UI功能，延時會更短，并且與使用通用應用處理器的傳統實現方法相比功耗更低。UI處理器的其它潛在應用包括與用戶的交互，使UI更容易操作，并提供系統睡眠模式以節省功耗。雖然目前系統設計師必須在平衡精度和延時之間作出選擇，但專用UI處理器允許開發人員進一步優化他們的系統，使其工作更加高效。 使用專用協處理器服務新興功能的概念并不是最近才出現。諸如圖形、加密、數字信號處理、高速通信等許多技術，都是利用專門的硬件從主處理器卸載處理任務，并且隨著技術的不斷成熟，實現性價比越來越高(圖2)。為了滿足下一代用戶界面的嚴格要求，UI處理器將提供各種基于硬件的語音和圖像處理加速器，并且這些加速器是專門針對這類計算密集型任務設計的。當然，隨著這些UI技術的成熟和穩定，它們最終將被集成進通用處理器架構，就像圖形(圖3)、加密、數字信號處理和通信處理技術一樣。不過，實現這個目標可能還要好幾年的時間。到那時，OEM廠商將需要依賴于UI處理器才能跟得上前沿用戶界面技術的快速發展步伐。
圖2：隨著技術的不斷成熟并且變得更加復雜，許多功能將集成到硬件中，用以改善性能和成本，并使滿足最終用戶體驗。
圖3：隨著時間的推移，圖形處理技術從軟件驅動型解決方案發展到了嵌入式專用硬件加速器。 UI處理器之星正在冉冉升起。自我智能和預測智能所要求的許多基礎目前已經奠定，而且隨著技術的發展，將出現多種形式的專用UI器件。盡管這些器件的架構非常重要，但知識產權和集成度將決定市場領先地位。隨著易用性繼續推動產品的差異化，UI技術的復雜性將越來越高。借助商用化的UI處理器，OEM廠商將能夠推出先進的UI功能，如語音識別和面部識別，從而提供更大的易用性，占有更多的市場份額。另外，通過使用自我智能和預測智能，OEM廠商能以最具性價比的方式提供高精度、高可靠性和低延時性能。 |
