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Tablet硬體設計思維新登場!
硬體設計篇:有企圖心更要有本事

【作者: 林致明】   2010年08月10日 星期二

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手機廠商在觸控體驗、低功耗架構、行動作業系統方面比PC廠更具優勢開發Tablet。從目前Tablet的各種平台來看,X86與RISC是處於競爭的態勢,X86將由Intel獨占鼇頭;而RISC這方面,ARM同樣具有獨霸地位。面對功耗控制能力越來越強的X86陣營,以及嵌入式處理器死敵MIPS的挑戰,ARM仍需持續精進。


後Tablet時代啟動 PC成分淡化

早在2003年,微軟在Tablet PC一役鎩羽而歸,令許多硬體大廠從此不敢再觸及Tablet市場。歸結其失敗因素,微軟雖然推出了相關架構與遠景,但是PC成分過高,沒有針對使用介面最佳化是最大元兇。


先從最重要的使用者介面來看,當時的Windows作業系統雖號稱支援觸控操作,但介面設計只是把滑鼠思維另換方式呈現,完全沒有考慮到手指觸控、介面視覺設計、人體工學及操作邏輯,亦即沒有針對整體應用體驗進行最佳化,整個系統的重點只有手寫輸入,完全倒因為果。


而使用原本PC上的Windows來搭建Tablet平台更是個致命的決定。微軟的作業系統向來以架構沈重出名,其對硬體運算、儲存所產生的負荷,迫使硬體必須具備非常強大的運算效能、以及龐大的儲存空間,才能提供令人接受的效能表現。但如此一來,硬體的功耗、外型、重量,都與傳統標準的NB大同小異,價格也不遑多讓,在可攜性大打折扣的情況下,Tablet便不具實用性,也注定其失敗的命運。


然而從微軟Tablet PC退出市場之後,半導體元件製程與技術在這段時間大有進展,即便是PC平台,也因為低功耗核心的導入,電池壽命與外型設計已經能達到相對合理的程度,市場上針對觸控最佳化、且系統負載小的行動作業系統方案也如雨後春筍般出現,軟硬體的架構搭配也更為合理。但即便如此,平板系統仍然猶如遭受詛咒般,沒有廠商敢輕言嘗試。


  • 使用原本PC上的Windows來搭建Tablet平台,硬體都與傳統標準的NB大同小異,可攜性因此大打折扣。



蘋果以消費性定位打造的iPad,至今已經銷售超過300萬部,諸多硬體廠商也因此重新對Tablet這種定位的產品重新懷抱夢想,希望能搭著市場順風車,再創銷售佳績。但是硬體廠商應該模仿蘋果?還是該走出自己的路呢?


建立完整軟硬體生態 蘋果重新定義Tablet產品

但iPad優秀的銷售成績,說明了Tablet這個定位的產品並不是毒藥,而是過去硬體廠不知道如何發揮藥效。剖析蘋果成功的因素,蘋果利用了最適合在行動應用的ARM處理器架構,結合經過長久發展與最佳化的UNIX核心作業系統。我們可以說,iPad主要是從蘋果行動應用產品延伸出來的1個分支,而不是過去PC廠推出Tablet PC時,只是作為可手寫的NB的定位。也因此,iPad的使用體驗上是向iPhone、iPod Touch看齊,推翻了過去Tablet與PC的掛勾印象。


當然,這並不是說Tablet與PC掛勾就沒有市場。但目前相關硬體廠商還是少有人考慮到,iPad背後的整體生態環境才是其熱賣的最大動力。蘋果在開發iPad產品時,已經先從客戶群的設定著手,除了原有的iPhone死忠用戶,還必須從原有的市場競爭者搶下相當數量的消費者,如此才能確保iPad的成功。至於PC場所推出的Tablet產品,目前來看,充其量只是把原有產品定位的客戶群轉移到另外一種而已。


  • iPad背後的整體生態環境才是其熱賣的最大動力。



使用介面和應用平台 iPad確保優勢不墜

仔細觀察,iPad雖然不是十全十美的產品,但是其設計迎合了大部分人的使用思維,而且從iPhone/iPod Touch延伸出來的介面使用習慣,也讓iPad幾乎做到一旦入手就能上手,幾乎不需要重複學習。


人機介面的設計向來是傳統PC平台供應商的弱處,從PC產品,到行動應用平台產品都是如此。Tablet這類注重操控體驗的產品,若還是堅持使用目前的桌面作業系統,其實只是加深市場對此類應用的負面印象。也因此這幾年來,即便PC廠推出為數不少的iPad Like產品概念出現,但受限於作業系統的選擇性和應用彈性過少,使這些原本具有不錯構想,可望搶先蘋果推出搶佔市場的Tablet產品,注定只能在小眾市場中默默經營。


App Store、影音行銷平台是蘋果原有的兩大武器,為了搶奪新客戶,蘋果也投入電子書應用,iPad的大尺寸螢幕拿來看書其實算是相當舒適,加上五大出版商的全力支援,一款結合完整多媒體影音、遊戲、上網與電子書應用體驗與交易機制的硬體,配合蘋果幾近宗教洗腦式的行銷,想不成功都很難。雖然iPad公認被定義為娛樂產品,但蘋果把iWorks拱出來,也恰恰補足了辦公應用的些微缺憾。


PC與手機廠望搭順風車

國內外各大硬體廠商其實早在iPad發佈之前,類似定位的Tablet概念產品就已甚囂塵上,但沒有幾家膽敢推出實際產品,甚至連上市日期都無法透露。直到iPad於5月底正式推出,目睹其短短幾十天就創造驚人的銷售佳績,後來才一股腦地公布下半年到明年的Tablet產品上市計畫,希望能夠跟隨iPad產品的熱潮,推行自己的跟風產品。但iPad Like市場夠大嗎?模仿而來的產品真能為公司創造收益嗎?


目前想推出Tablet產品的廠商可分為兩大類,除了PC廠商外,就是手機廠商。PC廠微軟的Tablet PC陰影仍在,而且也不瞭解低功耗行動產品的應用生態與設計要點,兼以這些廠商多是以量取勝、低毛利產品的奉行者,懷抱硬體至上主義,當主打產品失去競爭性,就是推出加強版的硬體來加以因應,產品生命週期短,可能每隔3個月或半年就得推新產品,不然就沒辦法在市場上生存,也因此PC廠無法深耕產品的行銷與生態建立。


手機廠商在觸控體驗方面的開發經驗要高過PC廠,且對低功耗架構的掌控也相對得心應手,純就硬體與操作體驗來看,要比PC廠商來得更佔優勢。但即便是手機廠商,面對蘋果整合硬體與作業系統所創造出來的生態,依然難有發揮之處,但幸好目前針對行動應用市場的作業系統應用方案已經相當完整,而且可選方案也多,如果搭配得宜,仍不失為用以挑戰蘋果產品的最佳武器。


Tablet由ARM領頭 X86不具優勢

從目前Tablet的各種平台來看,X86與RISC是處於競爭的態勢,X86將由Intel獨占鼇頭;而RISC這方面,ARM同樣具有獨霸地位,且因為iPad的成功,連帶使ARM沾光不少。而因為目前行動作業系統多已經走向跨平台,不限定處理器的方式,主流基於Linux的作業系統,可搭配Intel處理器,也同樣可搭配ARM處理器,軟體在不同處理器之間可互通,微軟作業系統在行動應用方面的缺乏,使其不再是硬體廠商的最愛。加上最新的低功耗核心Atom Z6xx自行閹割掉Windows作業系統的支援,X86處理器過去自豪的相容性優勢在Intel Tablet平台上更是黯淡失色。



《圖一 Tablet PC的失敗經驗,讓各大硬體廠商連草繩都怕,失去了在iPad之前搶佔Tablet市場的先機》
《圖一 Tablet PC的失敗經驗,讓各大硬體廠商連草繩都怕,失去了在iPad之前搶佔Tablet市場的先機》
  • 從目前Tablet的各種平台來看,X86與RISC是處於競爭的態勢,X86將由Intel獨占鼇頭;而RISC這方面,ARM同樣具有獨霸地位。



從功耗表現來看,即便是Intel最新的Atom Z6xx,雖然CPU核心部分的待機功耗已經可以低到20mW以下,但是結合南橋以及其他網路功能晶片之後,其實仍遠超出一般基於ARM,功能相形更完整的的SoC方案。由於目前Tablet架構傾向於手機的簡化放大版,ARM在手機上的諸多SoC方案,也熱烈的被業界所採納並用於設計Tablet,但Intel這邊並沒有手機的相關設計經驗,且除南橋以外,不同功能都需要加入不同的IC,元件成本高,且功耗表現也更不樂觀。


Intel也深知其核心架構特性,但礙於目前技術與市場策略,還無法有效改善,畢竟Intel是販賣成品的公司,而不是根據客戶需求,可量身打造的IC設計公司。Intel除了積極與目前仍為手機產業龍頭的Nokia合作,制訂MeeGo作業系統規格,並且成功相容Android系統,並積極解決沒有行動通訊網路晶片的缺憾,前陣子買下英飛凌手機晶片部門,也正是為了將來的Tablet及手機產品鋪路。


同屬X86陣營的AMD和VIA公司,其實在面對Tablet熱潮之下,都各有其難處。這些X86廠商都有共同的缺點,那就是都採用CPU搭配南橋的方式,整體功耗不漂亮。AMD第四季提早推出的Ontario針對輕薄筆電和Tablet產品,整合了Cypress繪圖核心,整體效能超越Intel架構,但預期整體功耗表現也不會比Atom Z6xx優秀。而AMD同樣也缺乏3G等通訊晶片的整合支援能力,面對Tablet市場,AMD更沒有利基可言。但回過頭來看AMD的佈局,其重視NetBook的程度要多過Tablet,雖說算是主動避掉不具主場優勢的產品,但Netbook接下來要面對的衰退現象,AMD也無法置身事外。順道一提,最近盛傳AMD在2011年會與蘋果進行規模相當大的合作,或許將會針對AMD的架構優勢而有所發揮。


VIA產品不錯,但是從該公司開始製造CPU以來,其毛病就沒有改過,那就是即便VIA推出具競爭優勢架構的產品規格,等到實際上市時,規格已經顯得已經平平無奇,且產品價格也不低,加上Intel檯面下的小動作,VIA總是難在主流產品出頭。


《圖二 iPad的成功,硬體只佔了不到一半的功勞,整體生態的建立才是重點》
《圖二 iPad的成功,硬體只佔了不到一半的功勞,整體生態的建立才是重點》

ARM固守既有優勢 Tablet將一路順遂?

ARM架構獨霸手機市場,也因蘋果的重用,成為現時Tablet市場上唯一成功的處理器架構,但因為ARM太成功,雖然公司規模還不到Intel的程度,但也開始逐漸步向類似的道路,除了積極利用購併取得自己所欠缺的技術,並且利用取得的技術,去對付以往的合作夥伴,比如說ARM就想要利用Mali核心來對抗Imagination的PowerVR,而ARM自有的Neon DSP核心雖然效能差,但也一點一點地侵蝕掉在DSP經營已久的廠商市佔率。


由於ARM囊括除了Windows 7以外、所有行動作業系統的相容與支援,龐大的軟體資源,更讓幾乎每家硬體廠商都把ARM列入第一考量。沒有ARM,可以說Tablet就沒有目前的榮景。但是ARM為了追求更強大的效能,不僅核心結構越來越複雜,電晶體面積越來越大,功耗表現也是一代不如一代,在目前主流Cortex-A8智慧型手機上,連續使用時間甚至不如NetBook。


當然,行動系統的連續使用時間,要牽扯到電池技術、電源管理技術、核心調配、軟體控制等等,不能用簡單的一元論以蔽之,但是面對功耗控制能力越來越強的X86陣營,以及嵌入式處理器死敵MIPS的挑戰,ARM雖然已經是Tablet這場戲裡面的主角,但如果沒有持續精進,只怕主角的地位不保。


《圖三 號稱超低待機功耗的Intel Atom Z6xx,但負載功耗可不漂亮》
《圖三 號稱超低待機功耗的Intel Atom Z6xx,但負載功耗可不漂亮》

RISC陣營中 MIPS終於取得入場機會?

如果要說Intel跟ARM是意氣之爭,那麼ARM跟MIPS應該就是屬於死對頭了。兩家公司不僅業務性質類似,產品區分與性能、功耗規格也相近,但MIPS運氣明顯不好,除了過去涉足的新領域斬獲並不多,購併而來的公司也多成為負累,而非營收來源,MIPS巴望著能夠重新進入行動運算領域,但終端設備廠商不買帳,除因過去行動作業系統在軟體方面多僅針對ARM指令集開發及最佳化,即便作業系統可以相容MIPS,但應用程式無法沿用到MIPS架構上,使得MIPS的接受度無法提升。MIPS核心雖然效率不錯,但缺乏整體生態搭配,更使其難登大雅之堂。


進入行動應用之路迢迢,從2009年,MIPS其實就已經開始鴨子划水,拉攏軟硬體開發商,而到了2010年,除發表與Google合作,積極進行Android系統與MIPS的整合,也和包括Imagination、DMP(Digital Media Professionals)等業界著名的3D繪圖核心供應商簽下合作協定,意圖把MIPS架構推向主流行動市場。



《圖四 ARM已經是Tablet舞台上的主要角色》
《圖四 ARM已經是Tablet舞台上的主要角色》
  • 面對功耗控制能力越來越強的X86陣營,以及嵌入式處理器死敵MIPS的挑戰,ARM仍需持續精進。



除Android以外,目前主流基於Linux核心的行動作業系統,幾乎都可以支援MIPS架構,就連微軟Windows Embedded Compact也把MIPS架構列入標準支援核心之一。而主流行動作業系統都已經開始追求寫一次,可重複使用無限次的應用程式開發模式,已經開發完成的應用程式不需要針對不同架構重新編譯,就可以順利執行。MeeGO作法較不同,其使用原生二進位檔案的方式來取得效能最佳化,但因為介面採用標準的Qt開發,程式原始碼只要針對不同CPU重新編譯過即可,不需調整任何介面與內部參數。


也因為軟體的問題能夠在作業系統端就獲得解決,過去MIPS最缺乏的軟體資源也不再是個問題,MIPS也等同拿到了包含Tablet在內等行動運算系統的基本入場券。



《圖五 MIPS在行動應用方面,過去只能在大陸跑跑龍套,但藉由Linux體系行動作業系統的興盛,可望擔任要角》
《圖五 MIPS在行動應用方面,過去只能在大陸跑跑龍套,但藉由Linux體系行動作業系統的興盛,可望擔任要角》

未來核心負載功耗控制能力才是關鍵

Tablet不像手機,通訊仍然是手機最主流的應用,大多數人不會長時間操作手機,因此待機狀態的功耗控制是手機的基本要求。而Tablet應用包含了電子書、遊戲、上網,甚至辦公應用,長時間連續操作能力也更被要求,雖然說目前的高效能核心在負載功耗方面都屬偏高的狀態,但是屬於可調配IP的RISC陣營在此更顯優勢。


由於目前硬體核心設計多以針對應用的不同,整合不同的核心為趨勢,比如說,影像編解碼能力,可藉由DSP或特定硬體線路達成,3D遊戲的畫面繪製則是依靠高效能繪圖核心,網頁加解密也有輔助硬體線路可處理,這些應用方面,依靠特定硬體架構,要比完全把運算責任交給CPU來得合理許多,X86陣營方面就少見這樣的設計,硬體廠商只能被動接受CPU供應商的配套,無法自己選擇最佳化的方向。


當然,要求可客製化的X86核心就目前來看只怕有點天馬行空,但RISC陣營方面的客製能力與應用調配能力就顯得十分充足,這也是IP供應商的最大優勢,畢竟他們不需要自己製造處理器,而只需要專精於畫大餅即可。


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