APU为小型嵌入式设备配备强大的图形功能

嵌入式 PC 正以前所未有的方式被推向卓越。这种压力大部分是由来自消费市场及其大量计算设备的用户需求产生的。今天，很难找到不需要更强大图形功能的垂直市场。与此同时，对低功耗更小外形尺寸的推动迫使嵌入式 PC 跟上不断缩小的电路板尺寸。许多年前，嵌入式计算的未来被定义为“越小越好”。现在，该目标似乎已被重新定义为“更小，功能更多，更好”。

为了在嵌入式系统中实现高质量视频，设计人员传统上需要以插件卡或模块的形式集成基于外围设备的图形引擎。这增加了系统中的整体硬件组件数量，并经常导致额外的外形尺寸和散热问题。

今天，主要的芯片供应商正在提供足够强大的嵌入式图形处理器来满足多种应用需求。一种这样的处理器是加速处理单元 （APU），它将中央处理单元 （CPU） 和图形处理单元 （GPU） 的功能组合到一个芯片中。

进程主要在标准 CPU 上串行运行。在这些情况下，并行化只能发生在多处理器系统中，或者实际上是通过对相对较大的进程进行时间拼接控制来实现的。相反，使用 GPU，任务分布在许多小型且高度专业化的引擎上。这些引擎根据各自的任务相互链接，它们在每个时间步中并行管理这些任务。对于另一种类型的处理器，通用 GPU （GPGPU），各个处理器任务不是硬连线的，就像使用简单 GPU 的顶点着色器单元一样。相反，特定任务是可自由配置的，类似于一定范围内的网络处理器。

像 AMD Fusion 这样的 APU 凭借其灵活的并行处理单元将自己与标准 GPU 区分开来。其 GPGPU 可用于计算密集型并行操作，并可显着提高非图形领域的性能。该 APU 不仅提供了强大的图形引擎，还为开发人员提供了将其用于其他目的的自由。

Qseven 满足图形需求

在系统中实施最新的 APU 芯片时，最佳选择通常是小型模块。使用 AMD Fusion APU 的小型模块的一个例子是 congatec 的 Qseven 模块 conga-QAF。Qseven 标准是一种现成的、多供应商的计算机模块 （COM），它集成了普通 PC 的所有核心组件。它安装在载板上，使设计人员能够将其 I/O 要求与其封装要求相匹配。

Qseven 外形尺寸为 70 mm x 70 mm，采用高速 MXM 系统连接器，无论供应商如何，该连接器都具有标准化的引脚排列。Qseven 规范为载板、Qseven 模块和扁平散热器组合定义了 13.9 mm 的超低总高度，当使用最低高度的 MXM 连接器时。

除了提供紧凑的设计外，Qseven 模块还允许设计人员应对可能使用电池供电运行系统的挑战。为了从电池中获得最长的正常运行时间，设计人员需要专注于保持系统总功耗尽可能低。如图 2 中的框图所示，在 congatec 的 conga-QAF 模块上发现的 AMD G 系列 APU 的时钟速度为 1.0 GHz，单核版本的热设计功率 （TDP） 为 5.5 W，单核版本为 6.4 W双核版本。任一型号都可使 Qseven 模块低于 Qseven 模块指定的 12 W 上限。

行动中的 APU

APU 和 Qseven 等模块开始发挥主要作用的嵌入式市场领域之一是医疗设备。在消费市场的带动下，显卡核心效率在医疗器械市场稳步提升。特别是，虚拟世界的 3D 表示已将显卡的专业化提升到计算能力的最高并行度。由于图形数据的多样性，例如用于碰撞查询的纹理计算、体积计算和 3D 建模，以及用于几何计算的顶点着色器，这些功能不再牢固地投射在硬件中，而是可以自由编程。因此，现代图形内核提供了灵活且巨大的潜力。

医疗设备行业的一个具体示例是当今便携式 3D 超声设备中的计算要求。与 x86 处理器的通用串行计算能力相比，使用专用处理内核可以更高效、更快地处理来自传感器、测量头、收发器或摄像机的某些数据形式。使用 GPGPU，程序代码是否虚拟生成或从外部源转发无关紧要。因此，将 CPU 和 GPU 整合到 APU 中以创建更强大的团队是有优势的。

如今，基于便携式计算的设备，无论是用于医疗、自动化、物流还是信息亭系统，都需要比以前的嵌入式技术提供的更高的图形和计算性能。用户可以通过更改模块轻松升级他们的机器和设备，以实现未来的性能提升。这为便携式设备带来了新的可能性，特别是在成像技术和分析设备方面，APU 架构可以充分利用并行处理的优势。此外，出色的计算能力与功耗比使电池供电的设备具有更高的性能。展望未来，越来越多的应用程序将不可避免地利用 APU 的未来发展

审核编辑：郭婷