Графические чипы nVidia и ATI в мобильных телефонах

Вступление

Многим из нас хочется графики качественного уровня (а значит и современных технологий визуализации) не только на нашем компьютере, но и на мобильном телефоне или КПК. Ведь эти аппараты всегда (или почти всегда) с нами. Иногда так хочется поиграть на мобильных устройствах в любимый WoW, Lineage, Doom, CS, AoE или NFS. И вот постепенно эти мечты сбываются.

Как все начиналось?

На самом деле чипы, отвечающие за обработку графики в мобильных телефонах и тем более КПК, существовали и ранее. Но эти чипы во многом возлагали нагрузку обработки изображения на центральный процессор. Они были просты и не использовали особых технологических изощрений. Даже в Siemens CX65 стоит чип, который обрабатывает простейшую 3D графику. Но время идет и сегодня в мобильном устройстве уже и фотоаппарат, и видеокамера, и MP3-плеер со стерео звучанием, и Java/3D приложения и игры, и даже ОС (Symbian, Widows Mobile, Palm…). Чего только не придумывают компании, чтобы привлечь внимание именно к продуктам своей марки. И это новый сегмент рынка для известных соперников nVidia и ATI, которые обещают нам новый уровень визуализаций и использования возможностей телефона!

Что мы имеем?



На сегодняшний день от компаний nVidia у нас есть четыре модели (все серии GoForce), а именно: GoForce 2150, GoForce 4000, GoForce 4800 и последняя новинка - GoForce 5500. Эти чипы уже представлены в некоторых телефонах и на сегодняшний день производятся довольно давно, кроме модели 5500 естественно. Давайте рассмотрим их подробнее.

GoForce 2150



Это младшая и самая старая модель данной линейки. Её возможности:

Поддержка мегапиксельных камер. Поддержка захвата 1.3 MP изображений позволяет получать картинки фотографического качества с помощью вашего карманного устройства, выводить их на монитор высокого разрешения и распечатывать в стандартном формате 10х15 см.



Аппаратное кодирование JPEG. Специальная аппаратная подсистема обеспечивает сжатие изображения, повышает производительность и продлевает срок работы батарей. Позволяет также записывать видео при высокой частоте смены кадров.

64-битная подсистема 2D-графики. Поддержка мониторов высокого разрешения без необходимости доступа к внешней памяти, что снижает затраты энергии для вывода изображений на монитор. Широкая полоса пропускания данных позволяет поддерживать работу интерфейса памяти на более низких скоростях с целью экономии энергии.

Поддержка QVGA LCD + двойной интерфейс LCD. Поддержка монитора высокого разрешения позволяет видеть больше информации из вашей телефонной книжки, на web-странице, в игре и выводить более детализированные картинки. Поддержка двух экранов в телефонах типа "раскладушка" позволяет быстро переключаться между экранами, которые могут иметь разный размер и разрешение. Поддерживаются около 70 популярных ЖК-панелей.

Постобработка MPEG-4. Снимает нагрузку с процессора по обработке задач, требующих тяжелых вычислений (например, преобразование цветового пространства), что представляет собой примерно 20% циклов MPEG-4 декодера для получения более плавного воспроизведения видео высокого качества.

64-битная подсистема 2D графики. Графика высокой производительности и точности улучшает как простой просмотр текста, так и динамичные игры. 64-битная подсистема 2D графики ускоряет выполнение функций, таких как рендеринг цветных изображений, и обеспечивает богатый пользовательский интерфейс и высокую производительность.

GoForce 4000



Технология NVIDIA nPower. Уникальный подход NVIDIA к увеличению времени работы от батарей в режиме ожидания и во время игр, съемки видео или фотографий. nPower имеет ряд оптимизаций – обработку на уровне процессора, инновационную архитектуру, серию GPU для карманных устройств и динамическое тактирование - для снижения потребления энергии в активных режимах.

Поддержка 3-х мегапиксельных камер. Поддержка камеры с высоким разрешением даёт возможность захватывать изображения фотографического качества с помощью мобильного телефона, которые потом можно отпечатать на бумаге стандартного размера 20,3x25,4 см, или вывести на экран монитора в высоком разрешении. Усовершенствованные технологии фильтрации обеспечивают предварительный просмотр изображения на 3-х мегапиксельных камерах.

Цифровой зум 8x. Цифровой зум высокого качества позволяет пользователям делать фотографии крупным планом и выводит телефоны с камерами на уровень отдельных цифровых фотоаппаратов. В камерах высокого разрешения эта функция позволяет увеличить изображение объекта, одновременно сохраняя высокое качество изображения.

MPEG-4 и H.263 кодек. Обеспечивает полноценную видеозапись (кодирование) и воспроизведение видео (декодирование) на мобильном телефоне, включая поддержку видео по запросу, воспроизведения потокового видео и проведения конференций. Специальные аппаратные фильтры обеспечивают высокое качество воспроизведения записанного видео. Стандарт MPEG-4 предлагает набор технологий, которые привносят мультимедийные функции в новые типы устройств, включая те, которые имеют низкие битрейты, например, мобильные телефоны. Стандарт H.263, который является частью стандарта MPEG-4, поддерживает видеосжатие для видеоконференций и видеотелефонии.

Аппаратный JPEG кодек. Мультимегапиксельные изображения могут кодироваться без использования сигнального (baseband) процессора. Это значительно уменьшает потребление энергии и обеспечивает быстрый предварительный просмотр изображений. Аппаратное декодирование обеспечивает высокую производительность приложений (фотоальбомов), позволяя быстро просматривать пиктограммы и полноразмерные изображения. Кодирование непрерывного движения JPEG (MJPEG) обеспечивает экономичный видеозахват с VGA-разрешением до 30 кадров в секунду. Изображения также можно представить в рамках, с границами и в виде иконок.

Поддержка VGA ЖК-дисплеев. Поддержка мониторов высокого разрешения с большой диагональю улучшает просмотр изображений, видеоматериалов, телефонной книги, web-страниц и игр на экране. Высокое разрешение также позволяет увидеть больше деталей изображения.

Двойной ЖК интерфейс. Поддержка двух мониторов на устройствах с "флипами" и на "раскладушках"; экраны могут иметь разный размер и разрешение. Так как поддерживается около 70 популярных ЖК-панелей, производители мобильных телефонов имеют возможность предложить пользователям большой выбор дисплеев с большим количеством новых функций.

Поддержка карт памяти. Поддержка карт памяти SD и MMC позволяет пользователям получать видео и изображения на камере телефона и переносить их на ПК или другое устройство, оснащённое устройством чтения карт SD. SDIO может обеспечивать и дополнительную функциональность, вроде Bluetooth, Wi-Fi и подключения камеры.

64-битный графический 2D движок. Точная высокопроизводительная графика улучшает всё, начиная с простой "прокрутки" текста и заканчивая активными играми. 64-битный 2D графический движок повышает производительность функций, таких как отрисовка цветного изображения, и обеспечивает богатый пользовательский интерфейс и высокую производительность.

GoForce 4800



В этот чип были добавлены такие нововведения, как геометрический процессор, программируемая шейдерная технология, отсечение невидимых поверхностей, поддержка нескольких текстур, что позволяет вывести 3D-приложения используемые в карманных устройствах на более качественный уровень при меньшем энергопотреблении.



Геометрический процессор. Интегрированный геометрический процессор выполняет сложные трансформации и подготовку к растеризации, одновременно снимая нагрузку с CPU карманного устройства. Благодаря геометрическому процессору 3D приложения работают быстро и потребляют минимум энергии.

Программируемая шейдерная технология. NVIDIA GoForce 4800 является первым 3D ядром с программируемой шейдерной технологией для карманных устройств. Эта технология уровня настольных ПК обеспечивает картинки фотографического качества и позволяет играть в игры со сложными сценами и реалистичными персонажами.

Поддержка нескольких текстур. Поддержка нескольких текстур позволяет накладывать до 6 текстур на пиксель, обеспечивая эффективный рендеринг 3D изображений высокого качества в карманных устройствах. Мультитекстурирование также позволяет выводить реалистичную графику, включая частично отражающие поверхности, и точно представлять взаимодействие света и теней.

Отсечение невидимых поверхностей. Ядро NVIDIA GoForce 4800 оптимизирует работу и потребление энергии карманных устройств, определяя и отсекая невидимые части кадра, что сокращает общее время рендеринга на 60%, позволяя направить ресурсы на выполнение других задач или сэкономить заряд батарей.

JPEG кодек. C помощью сотового телефона теперь можно захватывать изображения до 3 MP. NVIDIA GoForce 4800 кодирует и декодирует такие изображения без CPU. Это значительно снижает потребление энергии системы и позволяет быстро просматривать фотографии.

Технология NVIDIA FotoPack. Технология NVIDIA FotoPack автоматически подстраивает размер файла снимков высокого разрешения без ущерба качества картинки. С технологией FotoPack пользователи могут хранить в три раза больше фотографий по сравнению с тем количеством, которое вмещается на ограниченную память карманных устройств.

64-битный графический 2D движок. Точная высокопроизводительная графика улучшает всё, начиная с простой "прокрутки" текста и заканчивая активными играми. 64-битный 2D графический движок повышает производительность функций, таких как отрисовка цветного изображения, и обеспечивает богатый пользовательский интерфейс и высокую производительность.

Поддержка карт памяти. Поддержка карт памяти SD и MMC позволяет пользователям получать видео и изображения на камере телефона и переносить их на ПК или другое устройство, оснащённое устройством чтения карт SD. SDIO может обеспечивать и дополнительную функциональность, вроде Bluetooth, Wi-Fi и подключения камеры.

Встроенная память. 1280KB выделенной 128-битной SRAM памяти позволяет обрабатывать изображения, графику и видео на уровне чипа при низком уровне потребления энергии. Мониторы высокого разрешения поддерживаются без необходимости иметь доступ к внешней памяти, снижая затраты энергии на вывод изображения на монитор.

Технология NVIDIA nPower. Технология, позволяющая увеличить время работы от батарей в режиме ожидания и во время игр, съемки видео или фотографий.

GoForce 5500



Новинка GoForce 5500 является флагманом в линейке видеопроцессоров nVidia для мобильных устройств. В этом чипе реализованы такие интересные вещи, как 3D GRAPHICS ENGINE V2.0, поддержка модуля камеры 10 MP, AC97 аудио кодек и др.



Возможности современного чипа дополнительно к возможностям предыдущих поколений включают в себя:

Видеоподсистема Personal Theater. Можно смотреть цифровое телевещание на мобильном устройстве, использовать широкие возможности камеры, записывать и воспроизводить видео до разрешений D1 (480P разрешение цифрового ТВ для NTSC, 720x576 для PAL) с частотой до 30 кадров в секунду. Совместимость с большинством популярных форматов видео, включая H.264, WMV9, Real Video, MPEG4 и H.263.

24-битная аудио система. Воспроизведение музыки CD качества всех популярных форматов (MP3, WMA, AAC+ и другие), объемное звучание, эквалайзер и многое другое – теперь звуковые возможности стали намного шире, чем в предыдущих поколениях GoForce.

Подсистема GoForce 3D, версия 2.0. 3D GRAPHICS ENGINE V2.0 - OpenGL ES с расширениями пиксельных шейдеров, трансформация геометрии, программируемые шейдеры, текстурирование с билинейной/трилинейной фильтрацией, рендеринг 3D-изображений с разрешением до 1024х768 пикселей. И это еще не все. Использование данных технологий позволило увеличить производительность в 3D-приложениях и добавить новые спецэффекты

Camera Processor с ISP. Камера сотового телефона становится все больше похожей на отдельную цифровую камеру. Камера имеет разрешение 5 MP с поддержкой экстремальных разрешений до 10 MP. Поддерживается серийная съемка, позволяющая получить сразу несколько снимков при единичном нажатии на кнопку – отличная функция для трудноуловимых снимков.

Технология NVIDIA nPower второго поколения. Максимально увеличивает работу устройства от батарей для игр, съемки фильмов и фотографий, и для более продолжительного разговора.

TV-out. Просмотр фотографий и видео на большом экране.

GoForce 5500 GoForce 4800 GoForce 4000 GoForce 2150
Встроенная SRAM память 640KB 1280KB 640KB 160KB
Поддержка мегапиксельной камеры 10MP 3MP 3MP 1.3MP
Макс. Разрешение монитора 1024x768 640x480 640x480 320x240
JPEG кодирование Да Да Да Да
JPEG декодирование Да Да Да Да
Цифровой зум 8x 8x 8x
Видеоконференция Да Да Да
MPEG-4 кодирование Да Да Да
MPEG-4 декодирование Да Да Да
Поддержка SD/SDIO Да Да Да
VGA Да Да Да
3D технология Да Да
Геометрический процессор Да Да
Программируемые пиксельные шейдеры Да Да
Мультитекстурирование Да Да
Отсечение невидимых поверхностей Да Да
40-битный цвет Да Да
Технология FotoPack Да Да
OpenGL ES 1.1 Да Да
24-24-битная аудио подсистема Да
Процессор сигнала изображения камеры (ISP) Да
H.264 декодирование Да
H.264 кодирование Да
H.264 кодек Да
Дополнительная память 2MB Стек 2MB или 8MB; поддержка внешней до 32MB


Теперь рассмотрим конкурента nVidia на рынке графических процессоров для мобильных устройств – компанию ATI (теперь уже AMD). Модели графических чипов для мобильных устройств от ATI: Imageon 2200/2250, Imageon 2240, Imageon 2260/2262, Imageon 2300, Imageon 2182, Imageon 2282, Imageon 2388/2380 и Imageon TV.



Как видно моделей у этой компании больше, но при разборе характеристик чипов возникает некоторая неразбериха. Так как производитель предоставляет мало информации о своих продуктах, становится не ясно, зачем такое разнообразие моделей. Давайте более подробно рассмотрим лишь некоторые из них:

Imageon 2200/2250



Данная модель рассчитана на mainstream аппараты, которые предоставляют самые скромные на сегодняшний день мультимедиа возможности. Среди них: графический 2D движок, аппаратный MPEG декодер, поддержка камеры, аппаратный JPEG кодек и MMS, максимальное разрешение 320х240. Вот и все возможности. Скажем так, на сегодняшний день это уже довольно скромные данные, но и модель самая младшая в линейке.

Imageon 2300



Чип Imageon 2300 ориентирован уже с претензиями на более дорогой сектор, хотя уже является средним решением от производителя. Он создан под мобильные устройства с предопределенными более солидными возможностями и продвигается как чип с игровыми опциями.



В отличие от предыдущих моделей Imageon 2300 уже поддерживает 3D API OpenGL ES 1.0, внешнюю память SDRAM до 8 МБ, билинейную/трилинейную фильтрацию и др. Если сравнивать 2300-й с nVidia GoForce 4000, то мы видим, что модель от конкурента всё-таки предпочтительней. Например, продукт ATI поддерживает до 8 МБ встроенной памяти, в то время как 4000-й всего 640 КБ. Но при этом чип GoForce поддерживает 3 MP камеры (Imageon 2300 всего 2 мегапикселя), VGA-режим экрана (2300 – всего 320х240), а также другие интересные технологии. При этом ATI не забывает и об энергосберегающих технологиях в ответ на NVIDIA nPower.

Imageon 2388/2380



Здесь также имеется множество технологий, но производитель всё показывает "на словах", умалчивая о технических аспектах. Известно, что чип поддерживает OpenGL ES 1.1 и более ничего существенного…



Imageon TV

Для начала, скажем, что этот чип не отвечает ни за графику, ни за медиа, как таковое, в полное объеме. Это отдельная микросхема, которая предназначена производителем для продвижения, и просмотра мобильного ТВ, стандарта DVB-H (Digital Video Broadcast-Handheld). Технология перспективная, но жителям стран СНГ от неё ни холодно, ни жарко, так как наши мобильные операторы пока не предоставляют данную услугу.


Что будет дальше?

Обе компании объявили о своих намерениях основательного выхода на рынок графических чипов для мобильных телефонов и КПК. По мнению аналитиков, данный сектор рынка является особо перспективным и борьба за него для двух производителей из боя дискретной графики перейдет и сюда. Пока позиции nVidia выглядят сильнее. Партнерами производителя в разработках мобильной графики являются такие гиганты, как: Futuremark Corporation, Electronic Arts, Google, id Software и другие. ATI тоже имеет партнеров, но данных о них не афиширует… Кроме того, 5 января 2007 года компания nVidia завершила приобретение PortalPlayer – ведущего поставщика полупроводников и программного обеспечения для персональных медиаплееров (PMP). Компания PortalPlayer, основанная в 1999 году, широко известна благодаря ведущим технологиям, включая высокопроизводительную технологию "системы в чипе", которая лежит в основе популярных во всем мире портативных цифровых аудио плееров. Приобретение PortalPlayer увеличивает инвестиции nVidia в сферу карманных решений. Сегодня технология nVidia GoForce, которая сочетает высококачественную графику, ТВ и видео с низким потреблением энергии и небольшими размерами, лежит в основе многих ведущих портативных медиа устройств. И действительно, уже многие мобильные телефоны оснащены графическими чипами обеих компаний:

nVidia: Motorola (RAZR V3xx, SLVR L7i, E1000 и др.), Sony Ericsson (W900i), Samsung (i310, SGH-P910), а также LG, Acer, HTC, iRiver…

ATI: Motorola (SLVR L7, PEBL, RAZR V3i, новые RIZR, KRZR и др.), BenQ-Siemens (C81, M81, SL80 и др.), а также Samsung, LG, Fujitsu…

Однозначно можно сказать, что нас ожидает интересный этап в развитии мультимедиа функций наших карманных друзей и продолжение горячей борьбы nVidia vs. ATI. Пока технологии только внедряются, но с помощью опыта этих двух компаний можно смело сказать, что вскоре мы будем иметь игровые платформы и в наших телефонах и КПК.


P.S. Так как насчет парочки "фрагов" в CS?
Находим избытки, применяем с умом!