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Tablet硬件设计思维新登场!
硬件设计篇:有企图心更要有本事

【作者: 林致明】2010年08月10日 星期二

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手机厂商在触控体验、低功耗架构、行动操作系统方面比PC厂更具优势开发Tablet。从目前Tablet的各种平台来看,X86与RISC是处于竞争的态势,X86将由Intel独占鳌头;而RISC这方面,ARM同样具有独霸地位。面对功耗控制能力越来越强的X86阵营,以及嵌入式处理器死敌MIPS的挑战,ARM仍需持续精进。


后Tablet时代启动 PC成分淡化

早在2003年,微软在Tablet PC一役铩羽而归,令许多硬件大厂从此不敢再触及Tablet市场。归结其失败因素,微软虽然推出了相关架构与远景,但是PC成分过高,没有针对使用接口优化是最大元凶。


先从最重要的用户接口来看,当时的Windows操作系统虽号称支持触控操作,但接口设计只是把鼠标思维另换方式呈现,完全没有考虑到手指触控、接口视觉设计、人体工学及操作逻辑,亦即没有针对整体应用体验进行优化,整个系统的重点只有手写输入,完全倒因为果。


而使用原本PC上的Windows来搭建Tablet平台更是个致命的决定。微软的操作系统向来以架构沉重出名,其对硬件运算、储存所产生的负荷,迫使硬件必须具备非常强大的运算效能、以及庞大的储存空间,才能提供令人接受的效能表现。但如此一来,硬件的功耗、外型、重量,都与传统标准的NB大同小异,价格也不遑多让,在可移植性大打折扣的情况下,Tablet便不具实用性,也注定其失败的命运。


然而从微软Tablet PC退出市场之后,半导体组件制程与技术在这段时间大有进展,即便是PC平台,也因为低功耗核心的导入,电池寿命与外型设计已经能达到相对合理的程度,市场上针对触控优化、且系统负载小的行动操作系统方案也如雨后春笋般出现,软硬件的架构搭配也更为合理。但即便如此,平板系统仍然犹如遭受诅咒般,没有厂商敢轻言尝试。


  • 使用原本PC上的Windows来搭建Tablet平台,硬件都与传统标准的NB大同小异,可移植性因此大打折扣。



苹果以消费性定位打造的iPad,至今已经销售超过300万部,诸多硬件厂商也因此重新对Tablet这种定位的产品重新怀抱梦想,希望能搭着市场顺风车,再创销售佳绩。但是硬件厂商应该模仿苹果?还是该走出自己的路呢?


建立完整软硬件生态 苹果重新定义Tablet产品

但iPad优秀的销售成绩,说明了Tablet这个定位的产品并不是毒药,而是过去硬件厂不知道如何发挥药效。剖析苹果成功的因素,苹果利用了最适合在行动应用的ARM处理器架构,结合经过长久发展与优化的UNIX核心操作系统。我们可以说,iPad主要是从苹果行动应用产品延伸出来的1个分支,而不是过去PC厂推出Tablet PC时,只是作为可手写的NB的定位。也因此,iPad的使用体验上是向iPhone、iPod Touch看齐,推翻了过去Tablet与PC的挂勾印象。


当然,这并不是说Tablet与PC挂勾就没有市场。但目前相关硬件厂商还是少有人考虑到,iPad背后的整体生态环境才是其热卖的最大动力。苹果在开发iPad产品时,已经先从客户群的设定着手,除了原有的iPhone死忠用户,还必须从原有的市场竞争者抢下相当数量的消费者,如此才能确保iPad的成功。至于PC场所推出的Tablet产品,目前来看,充其量只是把原有产品定位的客户群转移到另外一种而已。


  • iPad背后的整体生态环境才是其热卖的最大动力。



使用接口和应用平台 iPad确保优势不坠

仔细观察,iPad虽然不是十全十美的产品,但是其设计迎合了大部分人的使用思维,而且从iPhone/iPod Touch延伸出来的接口使用习惯,也让iPad几乎做到一旦入手就能上手,几乎不需要重复学习。


人机接口的设计向来是传统PC平台供货商的弱处,从PC产品,到行动应用平台产品都是如此。Tablet这类注重操控体验的产品,若还是坚持使用目前的桌面操作系统,其实只是加深市场对此类应用的负面印象。也因此这几年来,即便PC厂推出为数不少的iPad Like产品概念出现,但受限于操作系统的选择性和应用弹性过少,使这些原本具有不错构想,可望抢先苹果推出抢占市场的Tablet产品,注定只能在小众市场中默默经营。


App Store、影音营销平台是苹果原有的两大武器,为了抢夺新客户,苹果也投入电子书应用,iPad的大尺寸屏幕拿来看书其实算是相当舒适,加上五大出版商的全力支持,一款结合完整多媒体影音、游戏、上网与电子书应用体验与交易机制的硬件,配合苹果几近宗教洗脑式的营销,想不成功都很难。虽然iPad公认被定义为娱乐产品,但苹果把iWorks拱出来,也恰恰补足了办公应用的些微缺憾。


PC与手机厂望搭顺风车

国内外各大硬件厂商其实早在iPad发布之前,类似定位的Tablet概念产品就已甚嚣尘上,但没有几家胆敢推出实际产品,甚至连上市日期都无法透露。直到iPad于5月底正式推出,目睹其短短几十天就创造惊人的销售佳绩,后来才一股脑地公布下半年到明年的Tablet产品上市计划,希望能够跟随iPad产品的热潮,推行自己的跟风产品。但iPad Like市场够大吗?模仿而来的产品真能为公司创造收益吗?


目前想推出Tablet产品的厂商可分为两大类,除了PC厂商外,就是手机厂商。PC厂微软的Tablet PC阴影仍在,而且也不了解低功耗行动产品的应用生态与设计要点,兼以这些厂商多是以量取胜、低毛利产品的奉行者,怀抱硬件至上主义,当主打产品失去竞争性,就是推出加强版的硬件来加以因应,产品生命周期短,可能每隔3个月或半年就得推新产品,不然就没办法在市场上生存,也因此PC厂无法深耕产品的营销与生态建立。


手机厂商在触控体验方面的开发经验要高过PC厂,且对低功耗架构的掌控也相对得心应手,纯就硬件与操作体验来看,要比PC厂商来得更占优势。但即便是手机厂商,面对苹果整合硬件与操作系统所创造出来的生态,依然难有发挥之处,但幸好目前针对行动应用市场的操作系统应用方案已经相当完整,而且可选方案也多,如果搭配得宜,仍不失为用以挑战苹果产品的最佳武器。


Tablet由ARM领头 X86不具优势

从目前Tablet的各种平台来看,X86与RISC是处于竞争的态势,X86将由Intel独占鳌头;而RISC这方面,ARM同样具有独霸地位,且因为iPad的成功,连带使ARM沾光不少。而因为目前行动操作系统多已经走向跨平台,不限定处理器的方式,主流基于Linux的操作系统,可搭配Intel处理器,也同样可搭配ARM处理器,软件在不同处理器之间可互通,微软操作系统在行动应用方面的缺乏,使其不再是硬件厂商的最爱。加上最新的低功耗核心Atom Z6xx自行阉割掉Windows操作系统的支持,X86处理器过去自豪的兼容性优势在Intel Tablet平台上更是黯淡失色。



《图一 Tablet PC的失败经验,让各大硬件厂商连草绳都怕,失去了在iPad之前抢占Tablet市场的先机》
《图一 Tablet PC的失败经验,让各大硬件厂商连草绳都怕,失去了在iPad之前抢占Tablet市场的先机》
  • 从目前Tablet的各种平台来看,X86与RISC是处于竞争的态势,X86将由Intel独占鳌头;而RISC这方面,ARM同样具有独霸地位。



从功耗表现来看,即便是Intel最新的Atom Z6xx,虽然CPU核心部分的待机功耗已经可以低到20mW以下,但是结合南桥以及其他网络功能芯片之后,其实仍远超出一般基于ARM,功能相形更完整的的SoC方案。由于目前Tablet架构倾向于手机的简化放大版,ARM在手机上的诸多SoC方案,也热烈的被业界所采纳并用于设计Tablet,但Intel这边并没有手机的相关设计经验,且除南桥以外,不同功能都需要加入不同的IC,组件成本高,且功耗表现也更不乐观。


Intel也深知其核心架构特性,但碍于目前技术与市场策略,还无法有效改善,毕竟Intel是贩卖成品的公司,而不是根据客户需求,可量身打造的IC设计公司。Intel除了积极与目前仍为手机产业龙头的Nokia合作,制订MeeGo操作系统规格,并且成功兼容Android系统,并积极解决没有行动通讯网络芯片的缺憾,前阵子买下英飞凌手机芯片部门,也正是为了将来的Tablet及手机产品铺路。


同属X86阵营的AMD和VIA公司,其实在面对Tablet热潮之下,都各有其难处。这些X86厂商都有共同的缺点,那就是都采用CPU搭配南桥的方式,整体功耗不漂亮。AMD第四季提早推出的Ontario针对轻薄笔电和Tablet产品,整合了Cypress绘图核心,整体效能超越Intel架构,但预期整体功耗表现也不会比Atom Z6xx优秀。而AMD同样也缺乏3G等通讯芯片的整合支持能力,面对Tablet市场,AMD更没有利基可言。但回过头来看AMD的布局,其重视NetBook的程度要多过Tablet,虽说算是主动避掉不具主场优势的产品,但Netbook接下来要面对的衰退现象,AMD也无法置身事外。顺道一提,最近盛传AMD在2011年会与苹果进行规模相当大的合作,或许将会针对AMD的架构优势而有所发挥。


VIA产品不错,但是从该公司开始制造CPU以来,其毛病就没有改过,那就是即便VIA推出具竞争优势架构的产品规格,等到实际上市时,规格已经显得已经平平无奇,且产品价格也不低,加上Intel台面下的小动作,VIA总是难在主流产品出头。


《图二 iPad的成功,硬件只占了不到一半的功劳,整体生态的建立才是重点》
《图二 iPad的成功,硬件只占了不到一半的功劳,整体生态的建立才是重点》

ARM固守既有优势 Tablet将一路顺遂?

ARM架构独霸手机市场,也因苹果的重用,成为现时Tablet市场上唯一成功的处理器架构,但因为ARM太成功,虽然公司规模还不到Intel的程度,但也开始逐渐步向类似的道路,除了积极利用购并取得自己所欠缺的技术,并且利用取得的技术,去对付以往的合作伙伴,比如说ARM就想要利用Mali核心来对抗Imagination的PowerVR,而ARM自有的Neon DSP核心虽然效能差,但也一点一点地侵蚀掉在DSP经营已久的厂商市占率。


由于ARM囊括除了Windows 7以外、所有行动操作系统的兼容与支持,庞大的软件资源,更让几乎每家硬件厂商都把ARM列入第一考虑。没有ARM,可以说Tablet就没有目前的荣景。但是ARM为了追求更强大的效能,不仅核心结构越来越复杂,晶体管面积越来越大,功耗表现也是一代不如一代,在目前主流Cortex-A8智能型手机上,连续使用时间甚至不如NetBook。


当然,行动系统的连续使用时间,要牵扯到电池技术、电源管理技术、核心调配、软件控制等等,不能用简单的一元论以蔽之,但是面对功耗控制能力越来越强的X86阵营,以及嵌入式处理器死敌MIPS的挑战,ARM虽然已经是Tablet这场戏里面的主角,但如果没有持续精进,只怕主角的地位不保。


《图三 号称超低待机功耗的Intel Atom Z6xx,但负载功耗可不漂亮》
《图三 号称超低待机功耗的Intel Atom Z6xx,但负载功耗可不漂亮》

RISC阵营中 MIPS终于取得入场机会?

如果要说Intel跟ARM是意气之争,那么ARM跟MIPS应该就是属于死对头了。两家公司不仅业务性质类似,产品区分与性能、功耗规格也相近,但MIPS运气明显不好,除了过去涉足的新领域斩获并不多,购并而来的公司也多成为负累,而非营收来源,MIPS巴望着能够重新进入行动运算领域,但终端设备厂商不买账,除因过去行动操作系统在软件方面多仅针对ARM指令集开发及优化,即便操作系统可以兼容MIPS,但应用程序无法沿用到MIPS架构上,使得MIPS的接受度无法提升。MIPS核心虽然效率不错,但缺乏整体生态搭配,更使其难登大雅之堂。


进入行动应用之路迢迢,从2009年,MIPS其实就已经开始鸭子划水,拉拢软硬件开发商,而到了2010年,除发表与Google合作,积极进行Android系统与MIPS的整合,也和包括Imagination、DMP(Digital Media Professionals)等业界著名的3D绘图核心供货商签下合作协议,意图把MIPS架构推向主流行动市场。



《图四 ARM已经是Tablet舞台上的主要角色》
《图四 ARM已经是Tablet舞台上的主要角色》
  • 面对功耗控制能力越来越强的X86阵营,以及嵌入式处理器死敌MIPS的挑战,ARM仍需持续精进。



除Android以外,目前主流基于Linux核心的行动操作系统,几乎都可以支持MIPS架构,就连微软Windows Embedded Compact也把MIPS架构列入标准支持核心之一。而主流行动操作系统都已经开始追求写一次,可重复使用无限次的应用程序开发模式,已经开发完成的应用程序不需要针对不同架构重新编译,就可以顺利执行。MeeGO作法较不同,其使用原生二进制文件的方式来取得效能优化,但因为接口采用标准的Qt开发,程序原始码只要针对不同CPU重新编译过即可,不需调整任何接口与内部参数。


也因为软件的问题能够在操作系统端就获得解决,过去MIPS最缺乏的软件资源也不再是个问题,MIPS也等同拿到了包含Tablet在内等行动运算系统的基本入场券。



《图五 MIPS在行动应用方面,过去只能在大陆跑跑龙套,但藉由Linux体系行动操作系统的兴盛,可望担任要角》
《图五 MIPS在行动应用方面,过去只能在大陆跑跑龙套,但藉由Linux体系行动操作系统的兴盛,可望担任要角》

未来核心负载功耗控制能力才是关键

Tablet不像手机,通讯仍然是手机最主流的应用,大多数人不会长时间操作手机,因此待机状态的功耗控制是手机的基本要求。而Tablet应用包含了电子书、游戏、上网,甚至办公应用,长时间连续操作能力也更被要求,虽然说目前的高效能核心在负载功耗方面都属偏高的状态,但是属于可调配IP的RISC阵营在此更显优势。


由于目前硬件核心设计多以针对应用的不同,整合不同的核心为趋势,比如说,影像编译码能力,可藉由DSP或特定硬件线路达成,3D游戏的画面绘制则是依靠高效能绘图核心,网页加解密也有辅助硬件线路可处理,这些应用方面,依靠特定硬件架构,要比完全把运算责任交给CPU来得合理许多,X86阵营方面就少见这样的设计,硬件厂商只能被动接受CPU供货商的配套,无法自己选择优化的方向。


当然,要求可客制化的X86核心就目前来看只怕有点天马行空,但RISC阵营方面的客制能力与应用调配能力就显得十分充足,这也是IP供货商的最大优势,毕竟他们不需要自己制造处理器,而只需要专精于画大饼即可。


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