與更主流的獨(dú)立顯卡相比，為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)基于獨(dú)立顯卡處理器的系統(tǒng)面臨著截然不同的挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)這些系統(tǒng)經(jīng)常用于工業(yè)自動(dòng)化、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字標(biāo)牌、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域時(shí)和賭場(chǎng)游戲。諸如此類(lèi)的嵌入式系統(tǒng)通常必須承受極端溫度，并滿(mǎn)足額外的沖擊和振動(dòng)、冷卻和生命周期要求。

三種標(biāo)準(zhǔn)嵌入式顯卡格式——直接安裝在主板上的多芯片模塊 （MCM）、連接到主板的移動(dòng) PCI Express 模塊 （MXM） 和外圍組件互連 Express （PCIe） 顯卡——每種都有自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)考慮，并且許多應(yīng)用程序都有自己獨(dú)特的要求和挑戰(zhàn)。

高性能 3D 圖形和計(jì)算性能

當(dāng)今的嵌入式應(yīng)用程序具有舊解決方案所沒(méi)有的高性能 3D 圖形和計(jì)算能力。例如，工業(yè)制造設(shè)施中的操作員不斷監(jiān)控系統(tǒng)上的流程，這些流程已從基于文本的靜態(tài)顯示變?yōu)楦?xì)和直觀的 3D 圖形表示。賭場(chǎng)游戲解決方案現(xiàn)在需要更多的處理能力和身臨其境的 3D 圖形來(lái)吸引玩家的注意力。先進(jìn)的獨(dú)立圖形處理器現(xiàn)在支持具有改進(jìn)的 3D 和視頻性能的多個(gè)顯示器，這對(duì)于許多工業(yè)車(chē)間監(jiān)控應(yīng)用和賭場(chǎng)游戲機(jī)來(lái)說(shuō)是必不可少的。

醫(yī)學(xué)影像行業(yè)也在迅速采取行動(dòng)，在護(hù)理點(diǎn)采用 3D 可視化。例如，牙醫(yī)以前提供基于傳統(tǒng) 2D X 射線(xiàn)膠片和燈箱照明器的靜態(tài)渲染的診斷和治療建議，牙醫(yī)及其患者現(xiàn)在可以通過(guò)新一代更清晰地觀察牙齒和牙齦連接到牙科椅的視頻和圖形優(yōu)化的 3D 觸摸屏面板。

圖形處理器選項(xiàng)

希望在緊湊、節(jié)能的嵌入式系統(tǒng)中提供諸如此類(lèi)的高清視覺(jué)體驗(yàn)的開(kāi)發(fā)人員可以利用 GPU 的并行處理性能。一些 GPU 集成了片上內(nèi)存，無(wú)需外部圖形內(nèi)存，這進(jìn)一步降低了 PCB 設(shè)計(jì)和布局、內(nèi)存調(diào)整和內(nèi)存采購(gòu)物流的復(fù)雜性。GPU 可以支持3D 應(yīng)用程序編程接口 （API），例如OpenGL ES，以及基于硬件的視頻壓縮和解碼。如果圖形處理器支持多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，包括 VxWorks、Green Hills 和 Linux，開(kāi)發(fā)人員還可以擁有更大的靈活性。

2014 年 2 月推出的 AMD 嵌入式 Radeon E8860 GPU 就是提供這些功能的 GPU 示例，可幫助開(kāi)發(fā)人員從小型嵌入式系統(tǒng)交付桌面級(jí)圖形。

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

開(kāi)發(fā)人員如何決定實(shí)施離散嵌入式圖形解決方案通常取決于應(yīng)用程序?qū)⑹艿蕉嗌贈(zèng)_擊和振動(dòng)，以及升級(jí)要求。

MCM 是所有設(shè)計(jì)選項(xiàng)中最堅(jiān)固且可能最小的。MCM 由封裝在單個(gè)基板上的獨(dú)立圖形半導(dǎo)體芯片和內(nèi)存組成，該基板直接安裝在主板上。MCM 在 PCB （33 mm x 33 mm） 上占用的空間更少，可實(shí)現(xiàn)最佳、低功耗、緊湊的設(shè)計(jì)。MCM 解決方案通常是加固環(huán)境的最佳選擇，因?yàn)閳D形芯片安裝在主板上，因此對(duì)于必須應(yīng)對(duì)沖擊和振動(dòng)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常安全。

從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，使用 MXM 解決方案為開(kāi)發(fā)人員提供了比 MCM 解決方案更多的設(shè)計(jì)靈活性。MXM 最初旨在為筆記本電腦創(chuàng)建一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的插座，以確保用戶(hù)可以輕松升級(jí)其圖形處理器，而無(wú)需購(gòu)買(mǎi)新系統(tǒng)。MXM 通過(guò)專(zhuān)門(mén)的 MXM 接口連接到主板，并且比典型的 PCIe 卡更小。但是，從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，與 MCM 相比，接口和模塊在主板上占用的空間更大。該解決方案的優(yōu)點(diǎn)是可以互換。開(kāi)發(fā)人員可以稍后將其替換為性能更高的模型或創(chuàng)建自定義版本。

MXM 解決方案不如 MCM 解決方案堅(jiān)固耐用；可能有一定程度的移動(dòng)，但由于 MXM 包含在一個(gè)相當(dāng)小的包裝中，因此不太可能移動(dòng)。但是，MXM 模塊可以物理地固定在主板上以適應(yīng)沖擊和振動(dòng)。

當(dāng)開(kāi)發(fā)人員需要更高分辨率的 3D 渲染或視頻播放等高端圖形以及額外的顯示輸出（從兩個(gè)或三個(gè)顯示器增加到六個(gè)或八個(gè)顯示器）時(shí)，他們通常會(huì)選擇 PCIe 解決方案作為選項(xiàng)。該卡連接到主板上的 PCIe 插槽，在物理上是三個(gè)選項(xiàng)中最大的一個(gè)，長(zhǎng)度為 6.5 英寸到 13 英寸。它也很重，通常是 MXM 或 MCM 重量的兩倍，重達(dá)數(shù)磅時(shí)重五倍，因此可能存在沖擊和振動(dòng)問(wèn)題。開(kāi)發(fā)有可能在壓力環(huán)境中部署的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保牢固安裝以最大程度地減少過(guò)度振動(dòng)，并應(yīng)努力識(shí)別壓力點(diǎn)。

極端溫度、冷卻和生命周期要求

在沖擊和振動(dòng)之后，其余變量涵蓋所有三種設(shè)計(jì)架構(gòu)：極端溫度、冷卻和生命周期要求。

在惡劣環(huán)境中運(yùn)行的系統(tǒng)的極端溫度標(biāo)準(zhǔn)為 -4 0 °C至 +12 0 °C。設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保其 GPU 供應(yīng)商的處理器符合這些標(biāo)準(zhǔn)，這意味著超出標(biāo)準(zhǔn)0 °C至 +10 5 °C的額外測(cè)試和認(rèn)證水平。

設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)連接有源風(fēng)扇或使用無(wú)源散熱器來(lái)散熱來(lái)冷卻 GPU。任何一種解決方案都可能需要必須考慮系統(tǒng)環(huán)境的專(zhuān)用版本。如果它破壞了氣流設(shè)計(jì)，則可能無(wú)法采用主動(dòng)解決方案。在特定溫度下需要特定氣流的被動(dòng)解決方案可能無(wú)法充分冷卻圖形設(shè)備。有時(shí)需要定制解決方案，例如當(dāng)無(wú)源散熱器需要物理連接到系統(tǒng)的金屬外殼以使用系統(tǒng)更大的金屬表面作為冷卻介質(zhì)時(shí)。

雖然標(biāo)準(zhǔn)的消費(fèi)圖形系統(tǒng)可能會(huì)持續(xù)幾年，但許多嵌入式項(xiàng)目的生命周期為 7 到 10 年。這意味著零件也必須在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)可用。一些 GPU 供應(yīng)商（例如 AMD）為嵌入式部件提供更長(zhǎng)的使用壽命。如果沒(méi)有這樣的支持，設(shè)計(jì)人員需要清點(diǎn)他們的零件并將它們保存在特殊的存儲(chǔ)中以確保長(zhǎng)期生存能力（他們還必須計(jì)劃潛在的產(chǎn)量損失）。

這是一個(gè)圖形世界

基于源自主流商業(yè)圖形解決方案的技術(shù)，嵌入式獨(dú)立圖形解決方案取得了巨大進(jìn)步。對(duì)于某些應(yīng)用——例如數(shù)字標(biāo)牌、醫(yī)學(xué)成像和賭場(chǎng)游戲——它們必須在一些相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中運(yùn)行。通過(guò)正確的設(shè)計(jì)選擇，開(kāi)發(fā)人員可以創(chuàng)建提供下一代驚人 3D 圖形的新型嵌入式系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷