用戶(hù)界面 - 信息娛樂(lè)系統(tǒng)的下一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)

 信息娛樂(lè)系統(tǒng)的下一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)將轉(zhuǎn)向用戶(hù)界面(UI)技術(shù)。消費(fèi)者在作出購(gòu)買(mǎi)決策時(shí)不再是比較功能集方面的微小差異，而是越來(lái)越多地考慮易用性和特色功能。為了趕上下一代產(chǎn)品周期，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在開(kāi)發(fā)無(wú)缺陷工作的UI方面正面臨著越來(lái)越大的壓力。用戶(hù)界面技術(shù)的發(fā)展最終將走向語(yǔ)音識(shí)別和其它更復(fù)雜的UI。隨著這種趨勢(shì)的演進(jìn)，消費(fèi)者在今后幾年內(nèi)將有機(jī)會(huì)體驗(yàn)到許多新穎的、令人激動(dòng)的創(chuàng)新技術(shù)。在UI技術(shù)普及的下一個(gè)階段，不再要求做用戶(hù)培訓(xùn)，而是采用先進(jìn)UI的設(shè)備需要去適應(yīng)消費(fèi)者需求，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)箱”即可使用。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，設(shè)備要求變得更加智能，因而需要更強(qiáng)大的處理能力以及更多的內(nèi)存資源。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，增加系統(tǒng)智能將提高對(duì)額外處理能力和內(nèi)存的要求，因?yàn)椴粌H要診斷系統(tǒng)或作出預(yù)測(cè)，而且要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需要做出的復(fù)雜響應(yīng)。預(yù)測(cè)智能的復(fù)雜性需要的處理能力和內(nèi)存資源比目前嵌入式系統(tǒng)能提供的要多得多。隨著這些嵌入式系統(tǒng)承載更多的UI功能，這個(gè)問(wèn)題正變得越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性，鑒于嵌入式系統(tǒng)有限的資源特性，處理能力和內(nèi)存資源更加捉襟見(jiàn)肘。增加更多的處理能力對(duì)嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)楦咝阅芤馕吨到y(tǒng)需要更多的功耗。這是直接關(guān)系到電池壽命的一個(gè)約束條件，也是與足夠功耗有關(guān)的昂貴設(shè)計(jì)約束，最終將影響到用戶(hù)體驗(yàn)。

使用云

近年來(lái)，云計(jì)算已經(jīng)成為技術(shù)領(lǐng)域中的一種流行趨勢(shì)。隨著更多的應(yīng)用轉(zhuǎn)向云處理，OEM廠商面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是判斷在哪里實(shí)現(xiàn)智能處理。借助包括不管是高速以太網(wǎng)還是3G/4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的幾乎無(wú)處不在的連接，電子行業(yè)中的板載功能和基于云的功能之間的界限正在變得越來(lái)越模糊。對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，云計(jì)算基于眾多的原因而具有很大的吸引力，特別是針對(duì)嵌入式設(shè)備。一個(gè)關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)因素是總體擁有成本：不需要在每臺(tái)設(shè)備上集成額外的計(jì)算和存儲(chǔ)資源而增加設(shè)備成本，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集中的處理功能和內(nèi)存。這種方法允許公司在多項(xiàng)應(yīng)用中發(fā)揮他們的技術(shù)投資力量。然而，在某些應(yīng)用中這種選擇也會(huì)帶來(lái)折衷結(jié)果，因?yàn)楣拘枰诔杀竞托阅苤g權(quán)衡。

在汽車(chē)信息娛樂(lè)領(lǐng)域中，云計(jì)算部分用于支持先進(jìn)的語(yǔ)音識(shí)別功能，但這個(gè)功能通常對(duì)性能會(huì)有影響。云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它能提供更高的精度(更先進(jìn)的分析技術(shù)和功能，比如代理輔助)。如果某個(gè)特殊語(yǔ)句由于口音或外部噪聲原因不能被識(shí)別，可以將它轉(zhuǎn)送到運(yùn)營(yíng)商那里作進(jìn)一步評(píng)估。對(duì)于諸如自然語(yǔ)言理解(NLU)等要求更多資源來(lái)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，可以使用云計(jì)算各種復(fù)雜算法以提高精度。然而，使用云對(duì)性能的影響主要與延時(shí)有關(guān)。

由于云技術(shù)需要依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)連接(在汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)合是移動(dòng)電話)，蜂窩連接由于固有的蜂窩覆蓋特性將成為性能瓶頸。舉例來(lái)說(shuō)，如果蜂窩電話的連接信號(hào)很微弱，或者汽車(chē)或用戶(hù)根本就沒(méi)有蜂窩電話調(diào)制解調(diào)器，許多車(chē)輛的基本UI功能可能會(huì)受到不利影響，或看起來(lái)完全沒(méi)有價(jià)值。另外，傳送數(shù)據(jù)的IP網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)發(fā)生丟包，從而導(dǎo)致不可靠的響應(yīng)。同樣，這種方法常常會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)界面響應(yīng)發(fā)生可覺(jué)察的延遲。對(duì)UI來(lái)說(shuō)，將在延時(shí)、精度和可用性方面導(dǎo)致不一致的結(jié)果。

信息娛樂(lè)系統(tǒng)OEM廠商面臨的挑戰(zhàn)是要在兩種需求之間取得平衡，一種需求是支持主要使用每個(gè)車(chē)載設(shè)備中的嵌入式資源的“車(chē)載”應(yīng)用;另一種需求是駕駛員與車(chē)外世界的交互。一方面，有許多對(duì)車(chē)輛及駕駛員的操控和安全性來(lái)說(shuō)永遠(yuǎn)重要的功能，例如音量控制、多媒體功能或移動(dòng)電話接入。另一方面，消費(fèi)者對(duì)訪問(wèn)地圖或社交網(wǎng)絡(luò)資源一直保持著很高的要求。因此，許多OEM廠商采用混合方法，即將板載處理資源專(zhuān)用于關(guān)鍵的車(chē)載功能，并根據(jù)需要將云計(jì)算技術(shù)用于較少使用的和高級(jí)的功能。這種方法允許OEM廠商推出既有高性能又有合理價(jià)格的系統(tǒng)。

UI處理器

嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越多地要求高性能的處理能力。這在汽車(chē)信息娛樂(lè)領(lǐng)域中更加突出，而OEM廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)也在推動(dòng)高級(jí)計(jì)算功能的創(chuàng)新和推廣，以便支持多內(nèi)核架構(gòu)和3D圖形功能。與此同時(shí)，汽車(chē)環(huán)境中的多種其它功能繼續(xù)在競(jìng)爭(zhēng)可用的計(jì)算資源。這個(gè)負(fù)擔(dān)主要集中在作為主要計(jì)算引擎的應(yīng)用處理器上，而3D圖形和先進(jìn)通信協(xié)議等眾多功能也進(jìn)一步加重了應(yīng)用處理器的負(fù)擔(dān)。因此，這些嵌入式系統(tǒng)只有很有限的資源可用于其它功能。

在信息娛樂(lè)系統(tǒng)資源有限的固有特性及其對(duì)關(guān)鍵功能的影響方面，用戶(hù)界面是一個(gè)很好例子。比如，高級(jí)語(yǔ)音識(shí)別同時(shí)要求高M(jìn)IPS和快速內(nèi)存訪問(wèn)。盡管系統(tǒng)設(shè)計(jì)師一直在努力開(kāi)發(fā)高度優(yōu)化的信息娛樂(lè)系統(tǒng)，以使它們能夠支持多種先進(jìn)功能和一流的UI，但仍然受到可用技術(shù)的限制，特別是能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的硬件。UI越來(lái)越多地要求訪問(wèn)先進(jìn)的查找表和算法，從而造成與其它系統(tǒng)功能的直接競(jìng)爭(zhēng)。最終，在通用處理器上執(zhí)行多種識(shí)別算法的要求仍然影響到了這些系統(tǒng)的低功耗要求。即使高級(jí)應(yīng)用處理器正在從單內(nèi)核技術(shù)快速轉(zhuǎn)向高端信息娛樂(lè)系統(tǒng)用的雙內(nèi)核和四內(nèi)核技術(shù)，但我們認(rèn)為UI仍將是一個(gè)計(jì)算密集型功能，要求獨(dú)立的硬件加速器和靈活的軟件算法。

隨著信息娛樂(lè)系統(tǒng)的OEM廠商繼續(xù)集成先進(jìn)的人機(jī)界面(HMI)功能，如觸摸和語(yǔ)音識(shí)別功能，UI功能仍將是一個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)瓶頸。在OEM廠商必須解決的UI瓶頸和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之間，還需要能夠處理復(fù)雜的軟件算法;能夠在各種高噪聲環(huán)境中(如狹窄的車(chē)艙內(nèi))準(zhǔn)確工作;能夠支持針對(duì)數(shù)據(jù)安全和訪問(wèn)付費(fèi)內(nèi)容時(shí)的隱私要求;能夠防止設(shè)備遭到惡意攻擊，并支持與定位服務(wù)和廣告進(jìn)行實(shí)時(shí)車(chē)外交互。隨著這些系統(tǒng)中引入更多形式的UI，下一代系統(tǒng)將面臨在同一系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多種識(shí)別形式——語(yǔ)言、話音、圖像、面部特征等額外挑戰(zhàn)(見(jiàn)圖1)。單種UI技術(shù)的實(shí)時(shí)要求在繼續(xù)影響應(yīng)用處理器的可靠工作，引入額外UI只會(huì)惡化這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@些新增加的功能將進(jìn)一步競(jìng)爭(zhēng)共享資源。

圖1：?jiǎn)我还δ艿腎C將迅速發(fā)展成專(zhuān)用的UI處理器，以便實(shí)現(xiàn)并從應(yīng)用處理器卸載多種形式的識(shí)別處理功能。

將來(lái)，為了達(dá)到高級(jí)UI處理要求的性能、精度和功效水平，系統(tǒng)將需要一種獨(dú)立的“UI處理器”，本質(zhì)上，這種處理器被用作協(xié)處理器。這種器件將集成專(zhuān)用的硬件加速器，這些加速器執(zhí)行基本和高級(jí)UI功能的速度要比通用處理器快得多。另外，這些處理器將集成有足夠多的內(nèi)存資源，還有專(zhuān)用于提高查找表性能的算術(shù)邏輯單元(ALU)。我們相信這些UI處理器是極其高效的，能夠更快地處理高級(jí)UI功能，延時(shí)會(huì)更短，并且與使用通用應(yīng)用處理器的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法相比功耗更低。UI處理器的其它潛在應(yīng)用包括與用戶(hù)的交互，使UI更容易操作，并提供系統(tǒng)睡眠模式以節(jié)省功耗。雖然目前系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須在平衡精度和延時(shí)之間作出選擇，但專(zhuān)用UI處理器允許開(kāi)發(fā)人員進(jìn)一步優(yōu)化他們的系統(tǒng)，使其工作更加高效。[!--empirenews.page--]

使用專(zhuān)用協(xié)處理器服務(wù)新興功能的概念并不是最近才出現(xiàn)。諸如圖形、加密、數(shù)字信號(hào)處理、高速通信等許多技術(shù)，都是利用專(zhuān)門(mén)的硬件從主處理器卸載處理任務(wù)，并且隨著技術(shù)的不斷成熟，實(shí)現(xiàn)性?xún)r(jià)比越來(lái)越高(圖2)。為了滿(mǎn)足下一代用戶(hù)界面的嚴(yán)格要求，UI處理器將提供各種基于硬件的語(yǔ)音和圖像處理加速器，并且這些加速器是專(zhuān)門(mén)針對(duì)這類(lèi)計(jì)算密集型任務(wù)設(shè)計(jì)的。當(dāng)然，隨著這些UI技術(shù)的成熟和穩(wěn)定，它們最終將被集成進(jìn)通用處理器架構(gòu)，就像圖形(圖3)、加密、數(shù)字信號(hào)處理和通信處理技術(shù)一樣。不過(guò)，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)可能還要好幾年的時(shí)間。到那時(shí)，OEM廠商將需要依賴(lài)于UI處理器才能跟得上前沿用戶(hù)界面技術(shù)的快速發(fā)展步伐。

圖2：隨著技術(shù)的不斷成熟并且變得更加復(fù)雜，許多功能將集成到硬件中，用以改善性能和成本，并使?jié)M足最終用戶(hù)體驗(yàn)。

圖3：隨著時(shí)間的推移，圖形處理技術(shù)從軟件驅(qū)動(dòng)型解決方案發(fā)展到了嵌入式專(zhuān)用硬件加速器。

UI處理器之星正在冉冉升起。自我智能和預(yù)測(cè)智能所要求的許多基礎(chǔ)目前已經(jīng)奠定，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，將出現(xiàn)多種形式的專(zhuān)用UI器件。盡管這些器件的架構(gòu)非常重要，但知識(shí)產(chǎn)權(quán)和集成度將決定市場(chǎng)領(lǐng)先地位。隨著易用性繼續(xù)推動(dòng)產(chǎn)品的差異化，UI技術(shù)的復(fù)雜性將越來(lái)越高。借助商用化的UI處理器，OEM廠商將能夠推出先進(jìn)的UI功能，如語(yǔ)音識(shí)別和面部識(shí)別，從而提供更大的易用性，占有更多的市場(chǎng)份額。另外，通過(guò)使用自我智能和預(yù)測(cè)智能，OEM廠商能以最具性?xún)r(jià)比的方式提供高精度、高可靠性和低延時(shí)性能。