迎合FHD、4K顯示需求　行動裝置內部介面規格翻新

4K×2K設計將加速驅動行動裝置內部介面換新潮。繼導入全高畫質(FHD)顯示器、視網膜螢幕(Retina Display)後，平板裝置、智慧型手機製造商正緊鑼密鼓發展下世代4K×2K產品，不僅刺激一線處理器廠競相發布支援4K顯示和錄影功能的系統單晶片(SoC)，亦驅動視訊電子標準協會(VESA)、行動產業處理器介面聯盟(MIPI Alliance)和通用序列匯流排開發者論壇(USB-IF)，加緊研擬新一代行動裝置內部影像和資料介面規範，以搶搭4K×2K設計風潮。

事實上，行動裝置業者醞釀導入4K×2K顯示功能，將導致內部資料介面傳輸負擔大增，必須引進5Gbit/s頻寬的USB 3.0超高速晶片互連(SSIC)方案，才能滿足內部晶片對晶片、晶片對模組的大量資料傳輸需求。

至於影像傳輸方面，目前主流的低電壓差動訊號(LVDS)和MIPI頻寬亦將不敷應用，因此晶片商已紛紛轉攻每通道傳輸速率高達2.7Gbit/s的eDP(Embedded DisplayPort)方案，而VESA也把握良機，於近期發布新一代更低電壓、低功耗的eDP 1.4版標準，期加速eDP從筆電跨足行動應用市場。

搭上4K設計熱潮　eDP躍居行動影像介面新寵

圖1　譜瑞科技資深行銷總監阮建華認為，eDP在行動裝置市場的滲透率可望顯著增長。

譜瑞科技(Parade Technologies)資深行銷總監阮建華(圖1)表示，隨著平板裝置、智慧型手機逐漸升級FHD、視網膜螢幕，並朝向4K×2K(UHD)發展，行動裝置內部影像介面正面臨革命性的設計轉變，不僅須大幅提升傳輸速率和頻寬，以支援處理器與UHD面板之間的即時溝通和大量資料傳輸需求，同時還要減少排線占位空間和功耗，進而減輕系統耗電負擔。

以蘋果(Apple)首開先河的視網膜螢幕平板為例，若利用每通道最高傳輸速率僅1Gbit/s左右的LVDS技術，搭建處理器與面板之間的溝通橋梁，必須擴增資料傳輸通道，甚至多加一顆LVDS晶片才能達到足夠的頻寬，因此該公司遂率先採用更高傳輸速率的eDP解決方案，以兼顧平板輕薄、低耗電的設計要求。

阮建華更透露，其他平板品牌製造商亦開始在FHD產品中改搭eDP，並計畫透過此一技術打造下世代4K×2K平板，因而驅動英特爾(Intel)、高通(Qualcomm)等處理器廠相繼推出內建eDP矽智財(IP)的SoC，搶占市場商機，而中國大陸平板處理器廠商也已全力投入研發，趕搭4K×2K風潮。

除平板以外，智慧型手機升級FHD、2K和4K×2K顯示功能的需求也逐漸湧現，而其主流內部影像介面--MIPI同樣面臨頻寬嚴重不足的問題，遂為eDP技術陣營帶來新的發展契機。阮建華指出，VESA已於2013年發布eDP 1.4規範，主要更新內容包括輸出電壓降至200毫伏特(mV)，改良前一代版本的面板自動刷新(PSR)功能，進而大幅節省資料和時脈(Clock)訊號傳輸功耗，滿足手機開發需求。

據悉，一線手機品牌大廠已紛紛展開eDP 1.4影像傳輸介面系統設計，可望於2015?2016年大舉推出支援FHD以上顯示功能的旗艦手機。

阮建華提到，現階段，手機處理器對eDP 1.4的支援尚在早期研發階段，許多手機業者為加速開發FHD產品，已掀起MIPI顯示串列介面(DSI)轉eDP的橋接器導入需求，因此譜瑞也在今年3月推出兩款MIPI DSI輸入轉eDP 1.4輸出的晶片，搶占市場先機。

無獨有偶，德州儀器(TI)亦於今年初發表一款MIPI DSI轉eDP橋接器，支援4K×2K解析度、60Hz畫面更新率(FPS)顯示規格，顯見eDP在行動裝置市場正逐漸翻紅。

嚴防技術取代效應　MIPI拓展高頻寬標準陣容

因應eDP強勢踢館的動作，MIPI聯盟也開始研擬傳輸速率臻至Multi-gigabit等級的M-PHY gear 3(5.8Gbit/s/Lane)和gear 4(11.6Gbit/s/Lane)新規範，並將攜手VESA，引進該協會制定的新一代DSC(Display Stream Compression)標準，強化4K×2K影像訊號補償功能，以全面改進4K顯示系統和鏡頭的影像資料傳輸效能。

MIPI聯盟已於今年全球行動通訊大會(MWC)中展示4K×2K顯示器和攝影鏡頭的影像傳輸方案。MIPI聯盟董事會主席Joel Huloux表示，有鑑於整個行動產業加速邁向2K、4K顯示設計，MIPI聯盟也加快腳步研擬高速行動介面通訊協定，以協助晶片商和系統業者克服4K大量、高速訊號傳輸的複雜設計，進一步實現媲美大尺寸電視的視覺體驗。

據悉，MIPI聯盟已發表M-PHY gear 3高速標準，並已獲得晶片商導入設計，今年底前則將進一步推升標準規格至gear 4版本，促進每通道速率倍增至11.6Gbit/s。此外，該聯盟也進一步與VESA合作，於M-PHY標準下的相機串列介面(Camera Serial Interface, CSI)和DSI中，增加VESA的DSC視訊補償標準的支援，以確保4K影像訊號完整性及品質。

與此同時，隨著手機廠導入4K鏡頭，處理器廠商亦正積極尋求更高頻寬的晶片對晶片、晶片對模組連接介面，以應付大量資料傳輸需求。對此，MIPI聯盟不僅已攜手USB-IF，透過融合USB 3.0與M-PHY通訊協定，催生頻寬高達5Gbit/s的SSIC晶片互連技術，並開始規畫C-PHY新標準，以提升下一代CSI-2介面的資料吞吐量，全方位滿足4K影像和相機系統設計。

除了4K顯示引發一連串的行動裝置內部影像和資料介面規格革新外，Google近期力拱的模組化智慧型手機開發計畫--Project Ara，更可望帶動另一波行動內部介面技術發展需求。

模組化手機興浪潮　MIPI UniPro標準壯大聲勢

圖2　Project Ara定義之模組化手機架構

Project Ara主要目標係降低智慧型手機硬體行業的進入門檻，藉由壓縮開發時間來加快技術創新步伐。目前Google先進技術和計畫(ATAP)團隊已利用萊迪思(Lattice)的低功耗現場可編程閘陣列(FPGA)，支援MIPI UniPro(Unified Protocol)網路通訊協定，成功打造全球首款各部功能模組化，且可相互扣連的次世代智慧型手機(圖2、圖3)，揭櫫手機DIY組裝的新商業模式。

圖3　模組化手機各式功能模組尺寸規格定義

Project Ara負責人Paul Eremenko表示，Project Ara的概念是透過標準化的MIPI UniPro介面，讓手機的顯示器、相機、聯網和電池等模組可供使用者自行配置，Google亦已開始提供模組開發套件(MDK)，包含用於可移除模組的系統參考設計，以及手機基本骨架及模組間互連的萊迪思FPGA軟硬體解決方案相關知識。

圖4　萊迪思台灣區總經理李泰成提到，FPGA未來在行動裝置市場的重要性將與日俱增。

MIPI UniPro雖然不是全新的行動內部介面技術，但近期在Google Project Ara設計需求帶動下，市場能見度霎時大增。該通訊協定可支援高速晶片對晶片、晶片對模組及模組對模組的互連，並兼顧低功耗設計，因而成為模組化手機最佳的內部介面，目前MIPI更積極展開UniPro結合M-PHY的UniPort-M標準制定，進而擴展其頻寬和應用功能支援能力。

Huloux認為，MIPI UniPort-M具備所有行動裝置內部介面設計所需的功能，且基於UniPro和M-PHY兩系列已經業界認證，並展開商用的標準架構，對推展模組化手機設計將大有助益。

萊迪思台灣區總經理李泰成(圖4)補充，基於標準化介面的設計前提，Google在首款模組化手機原型機和MDK的參考模組設計中採用萊迪思FPGA，主要是看中其能滿足晶片占位空間、功耗和連結效能方面的苛刻要求，同時具備極高的設計彈性，可靈活實現各種高速介面轉換(圖5)需求，包括DSI、CSI-2、串列周邊介面(SPI)、I2C、I2S，以及LVDS轉MIPI等。

圖5　手機應用FPGA支援MIPI介面的設計架構圖

李泰成進一步分析，手機模組化後，每一個獨立的模組都須支援MIPI UniPro或UniPort-M互連功能，才能簡化模組組裝流程並減輕失效問題；這也意味著個別模組皆須加裝行動內部介面晶片，導致模組廠對晶片尺寸、功耗和成本的敏感度大增。由於目前市面上的特定應用積體電路(ASIC)或特定應用標準產品(ASSP)難以兼顧所有設計需求，因此Google遂採用FPGA，以加速模組化手機設計成形。

顯而易見，模組化手機和4K設計已成為行動市場新的熱門焦點，相關的系統介面標準聯盟和晶片商無不加快腳步部署解決方案，可望促進行動裝置內部影像和資料介面規格更上層樓。