啟用嵌入式圖形性能可能是當(dāng)今開發(fā)人員面臨的最具挑戰(zhàn)性的設(shè)計問題之一。即使設(shè)計人員使用迄今為止最通用、最節(jié)能和技術(shù)最先進(jìn)的 x86 處理器，板載圖形性能仍然是一項無法滿足需求的功能。由于對 3D、以媒體為中心的嵌入式應(yīng)用程序的日益依賴正在重塑和改善最終用戶體驗，某些高速增長的嵌入式市場只是需要更多——通過醫(yī)療系統(tǒng)中更詳細(xì)的成像技術(shù)取得的治療進(jìn)步就說明了這一點。更好的成像技術(shù)在從診斷到手術(shù)的所有治療領(lǐng)域為醫(yī)生提供支持，為 X 射線等傳統(tǒng)技術(shù)增加了新的價值，這些技術(shù)會丟失體積數(shù)據(jù)并僅在兩個維度上描繪患者。相比之下，3D 功能可保持圖像的體積，例如添加更多關(guān)于腫瘤形狀、大小和位置的信息。對于開發(fā)人員而言，這種演變更加關(guān)注圖形需求，將其作為考慮性能和壽命的整體開發(fā)計劃的一部分——確保圖形生命周期滿足醫(yī)療環(huán)境中長期嵌入式部署的性能預(yù)期。

當(dāng)面臨在不太復(fù)雜的板載圖形或缺乏嵌入式部署所需的固有壽命的更強(qiáng)大的商業(yè)解決方案之間進(jìn)行選擇時，理想的選擇是什么？犧牲性能不是一種選擇，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員必須仔細(xì)計劃以保持圖形可用性、壽命和一致性。

對比 2D 和 3D 要求

x86 處理器的穩(wěn)步進(jìn)步包括 CPU、圖形和媒體性能的顯著改進(jìn)，第 4 代英特爾酷睿處理器（以前代號為 Haswell）就是例證。第 4 代 Intel Core 處理器包括用于處理高級圖形處理的 HD 4600 GPU，其功能針對 2D 應(yīng)用程序和媒體功能（如高分辨率成像或高清視頻播放）進(jìn)行了優(yōu)化。

相比之下，較新的顯卡旨在提高 3D 圖形性能，其功能幾乎類似于用于補(bǔ)充 CPU 性能的數(shù)學(xué)協(xié)處理器。在不影響 CPU 資源的情況下，它們可以輕松處理復(fù)雜 3D 可視化所需的極端計算計算。物體的哪一面是可見的或有陰影的，當(dāng)光線落在圖像上時亮度會下降到哪里，圖像轉(zhuǎn)動的平滑程度——這些類型的運動需要強(qiáng)大的計算能力，必須從主板或 CPU 中卸載。

解決圖形處理差距

x86 和基于卡的圖形性能之間的差異似乎是一個永久性問題，因為英特爾的嵌入式路線圖中沒有提到 3D 功能。板載 HD 4600 GPU 是一種經(jīng)過驗證的強(qiáng)大選項，旨在適應(yīng)最終用戶的音頻-視頻體驗，并非旨在處理 3D 應(yīng)用程序的繁重處理要求；改變這種模式的成本將令人望而卻步。例如，目前的顯卡比第四代英特爾酷睿 CPU 本身具有更多的晶體管，因此板載視頻不太可能與獨立顯卡處理選項相比具有優(yōu)勢。（英偉達(dá)的 Kepler 一代 GPU 產(chǎn)品包含 70 億個晶體管。）像英偉達(dá)這樣的圖形技術(shù)玩家只需專注于提高圖形性能，

然而，醫(yī)學(xué)成像等市場的嵌入式開發(fā)人員必須始終如一地滿足對 3D 圖形的需求。診斷已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了平面屏幕圖像，而是依賴于顯示體積和大小的實時圖像；手術(shù)室可能配備 4K 顯示器，以盡可能最佳的圖像指導(dǎo)手術(shù)。這些領(lǐng)域確實必須依靠長壽命的商用卡來實現(xiàn) 3D 圖形功能——要求一種在板載 x86 選項之外思考的設(shè)計策略。

并非所有顯卡都是一樣的

顯卡有不同的風(fēng)格，這可能會增加一些可供嵌入式設(shè)計人員考慮的選項。最初為游戲玩家或創(chuàng)客市場設(shè)計的商用卡提供了一些可用的最強(qiáng)大的圖形性能——但在醫(yī)療系統(tǒng)材料管理的宏偉計劃中，它們的平均一年生命周期通常是站不住腳的。這不是不可能的，但是這種類型的卡增加了大量的預(yù)先計劃，以維持多年、擴(kuò)展部署的系統(tǒng)性能，最終導(dǎo)致大量的持續(xù)工程成本。

長壽命商業(yè)卡是一種替代方案，盡管與傳統(tǒng)嵌入式路線圖上的組件相比，“長壽命”意味著不同的東西。顯卡的長壽命可能被定義為三年，與普通商用卡相比，成本要高得多。這是一個新選項，嵌入式設(shè)計人員可能并不熟悉。成本最初可能是一個因素，但應(yīng)該仔細(xì)評估，因為這些卡可以長期降低運營成本?？赡苄枰碌能浖?guī)范、工具或編譯器來適應(yīng)新卡；可能需要重新認(rèn)證軟件，而且通常比硬件認(rèn)證過程更具挑戰(zhàn)性和成本更高。在三年的生命周期中，系統(tǒng)運營商面臨這種情況的頻率更低，重新認(rèn)證、系統(tǒng)測試、或驅(qū)動程序更改會增加維護(hù)圖形性能的復(fù)雜性和成本。對于醫(yī)療 OEM 和開發(fā)人員而言，這在最大限度地減少額外的 FDA 重新認(rèn)證方面增加了關(guān)鍵價值。

致力于基于卡片的圖形

Nvidia 是公認(rèn)的顯卡芯片主要供應(yīng)商，包括商業(yè)級 GeForce 和長壽命 Quadro 系列。該公司也是 CUDA 核心的創(chuàng)始人，用于動畫或模擬等計算密集型應(yīng)用，在 3D 設(shè)計環(huán)境中非常受歡迎。

Nvidia 的卡使用稱為 PhysX 的專有技術(shù)執(zhí)行圖形功能，這是一種可擴(kuò)展的多平臺解決方案，旨在滿足物理算法的獨特要求。通過其 CUDA 內(nèi)核加速，PhysX 實現(xiàn)了模擬驅(qū)動的效果，并代表了一個與通用 CPU 大不相同的計算環(huán)境——它的主要重點是確定對象如何移動并對其周圍環(huán)境做出反應(yīng)。其他圖形解決方案依賴于 OpenCL 技術(shù)，這是一種用于為并行處理和高性能圖形處理提供異構(gòu)計算平臺的開放標(biāo)準(zhǔn)。許多 3D 應(yīng)用程序（例如醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)視覺或培訓(xùn)和模擬）僅包含對專有 PhysX 架構(gòu)的支持。一旦系統(tǒng)基于 PhysX，

建設(shè)長壽

致力于基于卡的圖形促使開發(fā)人員在設(shè)計階段早期將淘汰計劃作為戰(zhàn)略考慮。在開發(fā)的初始步驟中與制造合作伙伴合作可確保最大數(shù)量的靈活選項，這些選項根據(jù) OEM 需求、數(shù)量和要求而有所不同。備貨計劃可能包括根據(jù) OEM 預(yù)測采購零件；保稅計劃采購組件，然后根據(jù) OEM 的采購訂單和預(yù)測進(jìn)行庫存和持有。一些設(shè)計需要更安全的合作伙伴庫存計劃，優(yōu)化以管理更短的生命周期，Corvalent 的基于采購訂單的不可取消采購可實現(xiàn)長期、一致的組件庫存。

鑒于 3D 性能的獨特設(shè)計挑戰(zhàn)，OEM 可能沒有完全意識到創(chuàng)建長期保稅產(chǎn)品的要求，需要確保所有正確的問題都作為整體設(shè)計策略的一部分得到解決。制造關(guān)系通過與 Nvidia 和 Intel 等供應(yīng)商密切合作來增加價值，確保一致、提前發(fā)出報廢通知，以實現(xiàn)最有效的組件管理。

通過戰(zhàn)略規(guī)劃滿足醫(yī)療保健市場預(yù)期

優(yōu)化長期性能是一種平衡行為，它增加了已經(jīng)具有挑戰(zhàn)性的醫(yī)療設(shè)計過程的復(fù)雜性。系統(tǒng)設(shè)計人員通常會尋找可用的最新和最強(qiáng)大的圖形處理器 - 不知道他們正在考慮面向游戲社區(qū)的組件并繞過可能更適合嵌入式設(shè)計策略的商業(yè)圖形選項；同時，必須支持醫(yī)療系統(tǒng)的原始設(shè)備制造商認(rèn)識到需要在這與更長壽命的組件之間取得平衡。風(fēng)險分析勝出，該小組通常將即時成本與長期擁有成本作為決定因素進(jìn)行評估。

以 3D 形式查看患者圖像正在穩(wěn)步改進(jìn)治療選擇——更好的數(shù)據(jù)有助于從手術(shù)、創(chuàng)傷情況或常規(guī)治療等各種醫(yī)療環(huán)境。隨著基于圖形的應(yīng)用程序在臨床決策中變得越來越普遍，了解選項至關(guān)重要，包括 x86 板載處理器以及商用和長壽命顯卡的功能。必須根據(jù)整體系統(tǒng)策略來評估新的、延長壽命的顯卡及其相關(guān)成本。更高的前期成本降低了醫(yī)療部署的長期總擁有成本——為更換或升級卡提供更有效的途徑，并兌現(xiàn) 3D 應(yīng)用程序的承諾。這種設(shè)計方法需要規(guī)劃，依靠技術(shù)和經(jīng)驗豐富的制造商支持來確保使用壽命。

審核編輯：郭婷