三星半导体Exynos VR一体机解决方案详解

　　本文是编辑整理自三星中国研究院的院长兼副总裁David Wu在2016深圳ARM技术论坛上的发言，他简要描述了三星半导体的现状和对VR领域的布局，详细介绍了针对VR推出的Exynos VR系列应用处理器和Samsung Exynos VR解决方案的技术优势。

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　　很高兴有这个机会来跟大家分享三星半导体Exynos Soc在VR方面的一些解决方案。三星半导体大家应该都听说过，但由于三星的业务面比较广泛，所以大家接触最多应该还三星的手机。三星半导体作为三星电子的核心部门，它在业界的地位还是很领先的，这一点从存储器的销售额方面可以反映出来——十几年来三星的销售额一直是排名第二，仅次于Intel。

　　业务角度上，三星半导体最具优势的是存储器，包括各种存储卡及现在的固态硬盘SSD；但除此之外，在非存储领域即我们所称的“System LSI”，在业界也是很领先的，其中具有代表性的产品有应用处理器（例如Samsung7460）、CMOS Image Sensor等。

　　

　　三星半导体最独特的优势在于工艺制程，拥有全球首个成功量产的14nm FinFET LP工艺芯片，自有Foundry保障工艺制程和流片产能，也可以做代工。去年三星半导体的总销售额已经超过四百亿美元，成长速度还算不错。

　　

　　和业界其他半导体厂商不同的是，三星半导体提供一站式芯片供应及解决方案。针对Smartphone我们能够提供很好的处理器、存储器等。

　　

　　而现在我们进入移动互联网/IoT时代，“Smart”包含的产品除了智能手机、智能手表，还出现了医疗可穿戴设备、智能家居、无人驾驶汽车等等，这时候芯片研发和一站式的解决方案、构建生态系统等都是非常关键的，今天我们就以目前比较火的VR领域为例来进行讨论。

　　

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　　从数据图中可以看到不同硬件设备的销量，从PC到平板再到智能手机，其中智能手机的销量目前是最大的；但是我们也可以发现，VR设备用户数量的增长速度是非常可观的。

　　目前VR产品有几种形态：台式机VR、基于手机的VR、移动VR设备（一体机）。不同形态VR设备的数据趋势可能会不太一样，但总体上VR的发展还是挺不错的。目前比较主流的媒体报告都认为，移动VR一体机以后的发展规模更大。

　　

　　我们来回顾一下VR的定义，一般是指利用计算机技术为使用者创造身临其境的用户体验，最基础的是立体显示技术。立体显示技术是包含了立体视觉、透镜、处理、生成、交互以及内容产生的一种综合技术。其中显示交互技术是非常关键的，通过交互技术实现场景的及时反馈。

　　这些计算技术以前也有，为什么VR现在才突然火起来，很重要的一点原因是半导体工艺的发展，使芯片的集成度增高、计算能力增强，让VR设备的移动化成为可能，一体机这时候开始爆发。

　　三星半导体针对VR推出Exynos VR系列应用处理器，目前最成熟的、已经开始量产的产品是我们的Exynos VR7，是去年推出的第一款采用14nm FinFET超低功耗制程的产品。今年我们推出了第二代产品Exynos VR8，CPU处理器采用了定制的Mongoose M1，从性能、功耗上都有很大提升。

　　

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　　上部分主要讲芯片，那从我们熟悉的角度来看，Samsung Exynos VR的解决方案基本上分为几个层次：

　　1、H/W Platform开发板

　　-基于Exynos 处理器的成熟硬件平台，增加VR特性，做相关优化

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

　　-参考整机第一个版本6/E释放

　　2、BSP Platform

　　-基于S/Phone的BSP平台增加VR特性的支持，并做相关裁剪

　　-Exynos7420平台已经在客户中经过检验，持续优化中

　　3、SDK Platform

　　-支持客户自主SDK开发

　　-通过同第三方合作提供整体解决方案

　　做VR产品有几个关键的要素，也可以说叫做难点。

　　第一个是虚拟感。要实现虚拟感很重要的一点是低延迟，即随着人的视线变化显示画面要很快的同步刷新。一般要求视野回传的延迟低于20ms，要求更高一点要达到15-16ms。人类对于头部转动和相对应的视野的变化非常敏感，据研究统计，超过20ms就会有明显的画面不同步。而目前常规的架构都不能达到这个要求，包括Android display等。

　　VR的体验实际上需要复杂的技术处理流程，从传感器采集、传输、游戏引擎处理、驱动硬件渲染画面、液晶像素颜色切换，最后到人眼看到对应的画面，中间经过的每一个步骤都会产生一个Latency（我们称之为延迟）。

　　第二个重点是低余辉。像素的余晖时间长就会有拖影，低余辉更接近实际的物理世界，目前采用OLED显示屏有很大的优势

　　第三，VR产品的性能也是很关键的。CPU/GPU的稳定输出是画面稳定的保障，例如今天的主办方ARM的Mali GPU的技术在这方面也是很领先的。正是采用了这些先进技术的GPU，所以产品性能得到了保障；另一方面，散热方案也起到了重要作用。

　　针对以上几个关键要素，我们来看看Samsung Exynos VR解决方案的技术优势有哪些，谈谈解决和优化。

　　一、3D/Disliay的优化

　　刚刚提到，为了减少眩晕感的一个很重要因素就是低延迟，而ARM Mali GPU本身就针对VR做了很多优化。Multi view 技术可以支持双眼立体显示，Ccmtext priority、 AFBC等这些技术都是为了使视野变化时画面可以马上更新。

　　芯片上，Front Buffer Rendering 使更新的画面经过1帧即可显示，快速触发，强制更新。

　　

　　

　　二、Sensor优化

　　Sensor交互技术也是非常关键的。常规的加速器、陀螺仪、磁感应器一个个加，加了之后所有的数据再传输给应用处理器进行处理，但这样处理产生的功耗比较大，也会导致一些误操作，不是很有效。

　　而Sensor Hub是把几个Sensor集中在一起，本身里面有一个MCU，会做一些前期处理，再将一些有效数据传输到CPU进行处理，这就是提供了一个融合算法。做得比较好的话可以在1MS内完成采样，然后把融合的结果提供到上层的应用处理器去处理。

　　

　　三、散热技术

　　VR产品的性能很重要，为了持续稳定的性能，散热技术是很关键的。举个例子，Exynos 7420全速工作时功耗是5W，如果采用热管技术可以做到7W的散热。对内核调频策略做优化，能确保AP更多时间工作在最高性能。

　　

　　最后总结一下，三星提供的是针对VR产品的整体解决方案，最大好处是能缩短VR产品从启动到量产的时间，产品开发门槛低；技术方面，三星拥有顶尖的硬件/软件技术水平，例如已经量产的Exynos 7、最新的Exynos 8；三星和ARM都是国际性的大公司，在VR项目上也开展了非常紧密的合作，开放、合作的实验室针对中国客户可以提供很好的支持。

　　（内容来源：三星中国研究院院长兼副总裁David Wu，小编炮在保留其原意基础上进行整理）