用户界面——下一代消费电子决胜关键

　　消费电子产品的下一个战场将转向使用者介面（UI）技术。在作出购买决策时，消费者不再仅比较功能集方面的微小差异，而且会将易用性和特色功能纳入考量。为了抓住下一代产品週期，系统设计师在开发无缺陷工作的UI方面面临着越来越大的压力。使用者介面改革最终将走向语音辨识和其它更复杂的UI。随着这一改革的进行，消费者在今后几年内将有机会採用许多崭新的技术。在UI普及的下个阶段，不再要求用户培训，而是採用先进UI的设备需要去适应消费者，实现“开箱”即可使用。为了达到这个目的，设备要求变得更加智慧，因而需要更强的处理能力和更多的记忆体资源。

　　在系统设计方面，增加系统智慧将提高对额外处理能力和记忆体的要求，因为不仅要诊断系统或作出预测，而且要实现系统需要做出的复杂回应。预测智慧的复杂性需要的处理能力和记忆体资源比目前嵌入式系统能提供的要多得多。随着这些嵌入式系统承载更多的UI功能，这个问题正变得越来越具有挑战性，鉴于嵌入式系统有限的资源特性，处理能力和记忆体资源更加捉襟见肘。增加更多的处理能力对嵌入式系统来说更具挑战性，因为更高性能意味着系统需要更多的功耗。这直接关係到电池寿命，也是与足够功耗有关的昂贵设计约束，最终将影响到用户体验。

　　运用云端科技

　　近年来，云端运算已经成为技术领域中的一种流行趋势。随着更多的应用转向云端处理，OEM厂商面临的一个重要挑战是判断在哪裡实现智慧处理。借助包括不管是高速乙太网还是3G/4G蜂巢式网路在内的几乎无处不在的连接，电子产业中的板载功能和基于云端的功能之间的界限正变得越来越模煳。对许多应用来说，云端运算基于众多的塬因而具有很大的吸引力，特别是针对嵌入式设备。一个关键的驱动因素是总体拥有成本：不需要在每台设备上整合额外的运算和储存资源而增加设备成本，而是透过网路实现集中的处理功能和记忆体。这种方法允许公司在多项应用中发挥他们的技术投资力量。然而，在某些应用中这种选择也会带来折衷结果，因为公司需要在成本和性能间平衡他们的优先顺序。

　　在汽车资讯娱乐领域中，云端运算部份用于支援先进的语音辨识功能，但这个功能通常对性能会有影响。云端运算技术的优势在于它能提供更高的精密度（更先进的分析技术和功能，比如代理辅助）。如果某个特殊语句由于口音或外部杂讯塬因不能被识别，可以将它转送到厂商那裡作进一步评估。对于诸如自然语言理解（NLU）等要求更多资源来实现的应用，可以使用云端运算各种复杂演算法以提高精密度。然而，使用云端对性能的影响主要与延迟有关。由于云端技术需要依赖网路连接（在汽车应用场合是行动电话），蜂巢式连接由于固有的蜂巢式覆盖特性将成为性能瓶颈。举例来说，如果行动电话的连接讯号很微弱，或者汽车或使用者根本就没有行动电话数据机，许多车辆的基本UI功能可能会受到不利影响，或看起来完全没有价值。另外，传送资料的IP网路可能会丢失封包，因而导致不可靠的回应。同样，这种方法常常会导致使用者介面回应发生可觉察的延迟。对UI来说，将在延迟、精密度和可用性方面导致不一致的结果。

　　资讯娱乐系统的OEM厂商面临的挑战是要在两种需求之间取得平衡，一种需求是支援主要使用每个车载设备中的嵌入式资源的“车载”应用，另一种需求是司机与车外世界的互动。一方面，有许多对车辆及司机的操控和安全性来说永远重要的功能，如音量控制、多媒体功能或行动电话接取。另一方面，消费者对存取地图或社交网路资源一直保持着很高的要求。因此，许多OEM厂商採用混合方法，即将板载处理资源专用于关键的车载功能，并根据需要将云端运算技术用于较少使用的和高阶的功能。这种方法能让OEM厂商推出兼具高性能与经济性的系统。

　　UI处理器

　　嵌入式系统越来越多要求高性能处理能力，特别是在汽车资讯娱乐领域，而OEM厂商之间的竞争也在推动高阶运算功能的创新和推广，以便支援多核心架构和3D绘图功能。与此同时，汽车环境中的多种其它功能继续在竞争可用的运算资源。这个负担主要集中在作为主要运算引擎的应用处理器上，而3D绘图和先进通讯协定等众多功能也进一步加重了应用处理器的负担。因此，这些嵌入式系统能用在其它功能上的资源很有限。

　　使用者介面是对资源有限的资讯娱乐系统，以及各种设备关键功能带来巨大影响的一个例子。如高阶语音辨识即同时要求很高的MIPS和快速记忆体存取。虽然系统设计师一直在努力开发高度最佳化的资讯娱乐系统，使它们能够支援多种先进功能和UI，但他们仍然受到可用技术的限制，特别是能够满足他们的设计要求的硬体。许多UI都开始要求存取先进的查阅资料表和演算法，因而造成与其它系统功能的直接竞争。最终，在通用处理器上执行多种识别演算法的要求仍然影响到了这些系统的低功耗要求。即使高阶应用处理器正从单核心技术快速转向高阶资讯娱乐系统用的双核心和四核心技术，但我们认为UI仍将是一个运算密集型功能，要求独立的硬体加速器和灵活的软体演算法。

　　随着资讯娱乐系统的OEM厂商继续整合先进的人机介面（HMI）功能，如触控和语音辨识功能，UI功能仍将是一个关键的系统瓶颈。在OEM厂商必须解决的UI瓶颈和设计挑战之间，还需要能够处理复杂的软体演算法，能够在各种高杂讯环境中（如狭窄的车舱内）準确地工作，能够支援针对资料安全和存取酬金/付费内容时的隐私要求，能够防止设备遭到恶意攻击，并支援与定位服务和广告进行即时车外交互。随着这些系统中导入更多形式的UI，下一代系统将面临在同一系统中实现多种识别形式——语言、语音、影像、面部和感情的额外挑战（见图1）。由于单种UI技术的即时要求在继续影响应用处理器的可靠工作，导入额外UI只会恶化这个问题，因为这些新增加的功能将进一步竞争共用资源。

　　

　　图1：UI处理器——高阶系统智慧要求复杂的分析功能，涉及到硬体加速器、灵活的软体演算法和查阅资料表。单一功能的IC将迅速发展成专用的UI处理器，以便实现并从应用处理器卸载多种形式的识别处理功能。

　　未来，为了达到高阶UI处理要求的性能、精密度和功效水準，系统将需要一种独立的“UI处理器”，而本质上这种处理器是作为辅助处理器。这种元件将整合专用的硬体加速器，这些加速器执行基本和高阶UI功能的速度要比通用处理器快得多。另外，这些处理器将整合有足够多的记忆体资源，还有专用于提高查阅资料表性能的算数逻辑单位（ALU）。我们相信这些UI处理器是极其高效的，能够更快地处理高阶UI功能，延迟会更短，并且与使用通用应用处理器的传统实现方法相较功耗更低。UI处理器的其它潜在应用包括与用户的交互，使UI更容易作业，并提供系统睡眠模式以节省功耗。虽然目前系统设计师必须在平衡精密度和延迟之间作出选择，但专用UI处理器允许开发人员进一步最佳化他们的系统，使其工作更加高效。

　　使用专用辅助处理器服务新兴功能的概念并不是最近才有的。许多技术——绘图、加密、数位讯号处理、高速通讯——都是利用专门的硬体从主处理器卸载处理任务，并且随着技术的不断成熟，实现性价比越来越高（图2）。为了满足下一代使用者介面的严格要求，UI处理器将提供各种基于硬体的语音和影像处理加速器，并且这些加速器是专门针对这类运算密集型任务设计。当然，随着这些UI技术的成熟和稳定，它们最终将被整合进通用处理器架构，就像绘图（图3）、加密、数位讯号处理和通讯处理技术一样。然而，我们离这一趋势的形成可能还有好几年的时间。到那时，OEM厂商将需要依赖于UI处理器才能跟得上前端使用者介面技术的快速发展步伐。

　　

　　图2：随着技术的不断成熟并且变得更加复杂，许多功能将整合在硬体中，用以改善性能和成本，并使得记忆体和逻辑的整合成为一个满足最终用户体验的创新领域。

　　

　　图3：随着时间的推移，绘图处理技术从软体驱动型解决方案发展到了嵌入式专用硬体加速器。

　　UI处理器之星正冉冉升起。自我智慧和预测智慧所要求的许多基础目前都已奠定，而且随着技术的发展，将出现多种形式的专用UI元件。虽然这些元件的架构非常重要，但智慧财产权和整合度将决定市场领先地位。随着易用性继续推动产品的差异化，UI技术的复杂性将越来越高。借助商用化的UI处理器，OEM厂商将能够推出先进的UI功能，如语音辨识和面部识别，因而提供更大的易用性，佔有更多的市场佔有率。另外，透过使用自我智慧和预测智慧，OEM厂商能以最具性价比的方式提供高精密度、高可靠性和低延迟性能。