先进处理器为虚拟现实提供无缝的人机接口

作者:Michael Thompson,Synopsys产品营销经理 我们目前处于向虚拟现实演进的早期阶段,但很快,您可能必须努力去了解周围环境是现实还是虚拟的。现在,我们看到的虚拟环境大多在游戏中使用,但未来几年,随着我们与电子设备的交互变得更加无缝和自然,这种情况会发生改变。支撑这一愿景得以实现的基础硬件是先进的微处理器,因为这些微处理器能够以较低的功耗提供极高的性能,而且其设计能够处理先进的人机接口所需要的特殊任务。因此,我们的互相连接、轻松访问信息以及与数字化世界交互的能力将呈指数级提高。 虚拟现实是一个人工环境,它的呈现方式使我们接受这是一个真实环境,即使我们知道事实并非如此。随着体验变得更加沉浸式,我们更容易抛开怀疑。例如,如果您必须使用鼠标或指向设备在虚拟世界中移动,这种方式要比使用手势带来的自然感受低得多。创建无缝且自然的接口并非易事。与通过指向设备进行输入相比,这需要更高的处理能力和更先进的处理器来识别手势。目前,我们处在虚拟技术的初期,而且我们的连接是主要通过硬件实现的,例如键盘、鼠标和其他指向设备(图1)。这一情况已经开始向包含更多解释信息的接口而转变,例如触摸、刷卡和语音。最终,接口将变得更加自然,能够识别手势、语气、注视和其他周围环境线索,从而增强沉浸式、个性化体验。

互方式的演进

图1:交互方式的演进
(德勤大学出版社,2016年2月24日。 Kunkel et al. https://dupress.deloitte.com/dup-us-en/focus/tech-trends/2016/augmented-and-virtual-reality.html

随着设计师提出未来人机接口技术的概念,并且设计出这种技术,他们越来越依赖嵌入式微处理器,以提供我们在前几年想象不到的性能水平,并且以极低的功耗实现这一点。过去,我们可以通过提高时钟速度而获得更高的性能,但现实情况是,我们已经达到2 GHz – 3 GHz的极限,因此,采用多个处理器的新设计不断被开发出来,以实现所需要的性能。然而,通过简单地增加处理器数量而满足应用处理要求受到了功耗和面积局限性的制约。从根本上讲,理想的处理器设计能够实现性能最大化,同时最大限度降低功耗,以及对内存和系统资源的要求。仅仅依靠投入更多的晶体管来获得更高性能的时代已经一去不返。对于不仅关注性能,而且关注每个循环的能耗和每mm2的mW数值的设计师来讲,性能效率是一个关键设计指标。

要实现这一目标,人机接口的处理器需要在不超过功耗预算的前提下提供更高的处理性能。Synopsys的DesignWare® ARC® HS处理器系列是专为高端嵌入式应用(性能效率是这些应用的主要设计指标)而设计的,采用16-nm工艺提供了2.5 GHz的性能,提供了每个内核超过5200 DMIPS的处理能力,而功耗低于50 mW。它比同类其他处理器的性能高两倍,而功耗更低;在某些情况下,这些处理器以不到同类其他处理器一半的功耗提供了更高的性能。

为了满足当前大多数创新产品的需求,ARC HS处理器推出了双核和四核版本,均能以对称或分布式处理模式而支持极高的性能。为了实现更好的设计优化,这些处理器可以配置,从而使芯片系统 (SoC) 上的每个实例都能够针对应用的特定性能、功率和面积要求而定制。设计师也可以通过ARC处理器扩展 (APEX) 接口为处理器增加自己定制的指令,进一步提高性能,降低功耗,或者在设计中增加不同的特性。

总结
虚拟现实正迅猛发展,并将帮助加快我们与数字化世界中的体验更紧密地连接。在未来几年内,我们目前所拥有的虚拟现实能力将不断扩展,提供更加沉浸式的体验。有能力阅读我们的语气、手势、动作和目光的先进处理器能推动这种体验的实现,为我们提供更加自然且无缝的与虚拟世界的接口。这些处理器的开发必须将性能效率作为主要设计指标,从而使其能够以更低的功耗提供更高的性能,并执行更复杂的软件。Synopsys将继续开发类似ARC HS系列的创新式、高性能处理器,以提供下一代应用所需的性能,包括沉浸式虚拟现实,但产品的功耗水平必须能够推动这些应用成为现实。您要注意 –令人振奋的虚拟体验已经到来。