数位电子看板设计者长期以来一直面临的挑战，即是在兼顾主机板面积和散热设计的同时，透过内建中央处理器(CPU)和独立图形处理器(GPU)的嵌入式主机板，达到高阶的显示和视讯效能表现。然而，随着加速处理器(Accelerated Processing Unit, APU)技术持续发展，目前已有兼具体积小巧以及低功耗的解决方案，让电子看板系统设计可整并多媒体效能和视觉表现在产品中，达到大小与功能的平衡。
数位电子看板发展现状
随着嵌入式系统技术的持续演进，数位电子看板设计者拥有比以往都更好的解决方案，能达成客户对多媒体表现和功能的严格要求。在x86嵌入式主机板和模组上设计数位电子看板，工程师可透过丰富的产业生态体系、x86架构优化的软体、应用程式和开发环境，达成如个人电脑(PC)系统般的表现效能及灵活性。整体而言，高效能的设计环境让嵌入式主机板供应商和设计师，可藉由单一基本嵌入式处理平台，带来显著且精简的成本结构，并提供从低阶到高阶数位电子看板的高度可扩充性。
当嵌入式主机板使用传统的处理器平台和/或特制的晶片组进行设计时，高画质、多萤幕电子看板系统平台上的空间会受到极大的限制，因此数位电子看板设计者持续致力突破平台性能和弹性的限制；以前，数位电子看板以搭载耗电的多核心CPU和外加显示卡为主，然而在配备APU的嵌入式主机板和模组出现后，因其占用空间较小及先进的绘图处理能力等优势，已渐渐受到更多的设计者采用。先进的x86运算能力与平行处理与通用绘图处理器(GPGPU)，在单一装置上合并，使原始设备制造商(OEM)能够设计绘图密集型的数位电子看板系统，在单萤幕和/或多萤幕配置时皆能带来优异的多媒体体验。
APU兼具高效能/低占位优势
在一般晶片架构中，内显处理器的运作须CPU透过北桥和GPU连结，并传送指令至GPU，在共同处理器中进行运算，再把结果传回CPU中。这种数据处理方法造成记忆体延迟、消耗系统电力、占用更多空间等重大影响。
高效能APU结合CPU和高阶GPU，在小空间内具有理想的功耗表现(图1)，因此CPU便可处理大量运算，包括记忆体、网路连结、储存处理、运行作业系统、应用程式、使用者介面(User Interface)等。GPU在进行绘图和多媒体处理时，是使用「单指令、多数据(Single Instruction、Multiple Data, SIMD)」的平行处理，可同时透过DisplayPort或高解析度多媒体介面(HDMI)驱动高解析度的显示器。
图1 异质运算架构整合CPU与GPU在单一APU晶片，同时透过控制器造就高效能的双晶片处理器架构。
CPU和GPU整合到一个单一的APU上，成为一个完整架构，APU可将资料从CPU转移到GPU中进行平行处理，包含多媒体串流，这样的架构即称为异质运算系统架构(HSA)。CPU可以免除繁复的程序，专注在运算、储存、输入/输出(I/O)等，降低延迟的状况发生，并透过优化的资料路径和统一存取，提高及时绘图处理效能；此外应用程式只须使用OpenCL编写一个程式，即可减少延迟，使成本得以减少。APU降低数位电子看板系统业者对显示卡的需求，也减小平台面积，从传统的三晶片减少到只有APU和其控制器的两个晶片。此双晶片架构简化了设计的复杂性，让嵌入式主机板层数(Layer)减少，使数位电子看板设计者可透过成本的缩减而积极地达成研发目标(图2)。
图2 APU架构减少晶片在单一平台的数量，虽建立于面积极小的主机板上，仍可流畅的运行。
透过在矽晶片内建高效能绘图处理功能，也因加装显示卡的需求减少而排除对APU右边缘连接器(Right-edge Connector)的需要。在空间有限的设计中，边缘连接器常占用过多空间(边缘卡通常高达3～5寸)，使主机板承受额外的冲击和振动，可能导致讯号完整性问题；而APU的设计是将绘图功能直接整合到主机板上，最终可产出书本大小的数位电子看板，使其可置入狭小的空间，例如在墙上安装的影片播放器。
散热能力影响产品成败
对于零售商来说，使用内建APU的高效能嵌入式主机板所开发的高阶数位电子看板时，因为串联后的显示器功耗比媒体播放器本身的功耗还低，因此整合媒体播放器的嵌入式系统之散热设计，成为产品设计时的重要考量因素。以下介绍APU优势。
首先，使用冷却风扇的数位电子看板，可能不足以应付空气中的颗粒和碎片，以及冲击、振动等所有在高交通流量(行人和/或车辆)下可能出现的环境因素。数位电子看板设计者理解到使用风扇散热的顾虑，对此抱持谨慎态度，而以发展被动式散热、无孔的电子看板系统做为最终目标。
有鉴于此，APU可提升每瓦效能(Performance Per Watt, PPW)，同时带来更佳的功耗、降低不必要的热能，排除数位电子看板使用冷却风扇的必要，从而有助于保护主机板空间、减低噪音，并降低物料成本。因为CPU和GPU的整合，毋须使用PCIe或MXM显示卡，APU设备设计工程师可节省高达25～35瓦(W)的用电量。
业界嵌入式APU具备一百二十八到三百八十四个运算单元，提供172～563 SP GFLOPS的运算能力，加上热设计功耗为17～35瓦(平均功耗低于13瓦)，使每瓦效能的优势更大，提供更佳的功耗效率和减低不必要的热产生。虽然部分APU目前仍使用搭载风扇散热系统的主机板，但业界APU已开始发展导管散热技术(Heat Pipe Cooling Technology)的基础，为后续生产搭载新一代无风扇，且基于APU的数位电子看板带来更多的可能性。
数位电子看板迈向多萤发展
单一数位电子看板可支援多萤幕显示是市场的新兴关键需求，带来犹如身临其境、吸引人的萤幕表现以及多媒体内容的提供。多萤幕数位电子看板的需求，为业界带来新的设计挑战，但由于全景环绕的萤幕配置相较于传统的「单萤幕」视觉体验上仍多受限制，导致目前许多数位电子看板系统仍需要多个控制器为各个萤幕供电，因而在节省空间、电源和成本的节约表现仍不理想。
然而，内建GPU的APU采用视讯电子标准协会(Video Electronics Standards Association, VESA)免权利金的DisplayPort连接标准，以连接高解析度显示器，DisplayPort建立于一个微封包架构(Micro-packet)，不仅可寻址(Addressing)还可透过单一DisplayPort连接器控制多个显示器，因此也被称为菊链(Daisy Chain)。数位视讯介面(DVI)和HDMI在每个显示器都需要一个时脉源(Clock Source)，而DisplayPort只须要透过单一时脉源，即可驱动处理平台上许多的DisplayPort的串流和显示器配线。
电子看板系统因为具有APU驱动的多萤幕显示功能，因此可以优化横跨多个独立显示器的多元动态影片内容，即使在全高画质(Full HD)解析度之下，不仅可在不同的独立显示器上循环播放，也可让单一的多媒体内容分布在多个面板上显示。在基于业界嵌入式APU开发的嵌入式主机板中，单一的APU可支援多达四台显示器，而APU还可另外加载GPU，进而与APU结合，并使用多萤幕输出技术驱动多达十个萤幕。
数位电子看板表现与时俱进
随着APU成为新世代x86嵌入式主机板和模组的核心(图3)，数位电子看板OEM和消费者都因为更优异的功耗和散热表现，以及多萤幕显示的实现而受惠，多媒体效能得以提升、空间得以节省。APU使得数位电子看板开发者可提供优于传统处理平台的静态、单萤幕电子看板系统更多、更精彩的多媒体功能。
图3 嵌入式APU获多家OEM青睐，已广泛应用于各式数位电子看板中。
业界高效能运算平台的CPU产品，以及独立显示卡GPU方案，不仅可提供顾客CPU与独立显示卡GPU，且最多可省下20%的成本支出，同时为嵌入式产品设计者提供更多选择，以因应各种严苛的效能需求，包括高效能x86运算的应用设计，及数位游戏与电子看板这类产品对高阶视觉表现的需求。
(本文作者为AMD大中华区嵌入式解决方案业务总监)
