啟用嵌入式圖形性能可能是當今開發(fā)人員面臨的最具挑戰(zhàn)性的設計問題之一。即使設計人員使用迄今為止最通用、最節(jié)能和技術最先進的 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)中更詳細的成像技術取得的治療進步就說明了這一點。更好的成像技術在從診斷到手術的所有治療領域為醫(yī)生提供支持，為 X 射線等傳統(tǒng)技術增加了新的價值，這些技術會丟失體積數(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期。

當面臨在不太復雜的板載圖形或缺乏嵌入式部署所需的固有壽命的更強大的商業(yè)解決方案之間進行選擇時，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)步進步包括 CPU、圖形和媒體性能的顯著改進，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 應用程序和媒體功能（如高分辨率成像或高清視頻播放）進行了優(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充 CPU 性能的數(shù)學協(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，當光線落在圖像上時亮度會下降到哪里，圖像轉動的平滑程度——這些類型的運動需要強大的計算能力，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)過驗證的強大選項，旨在適應最終用戶的音頻-視頻體驗，并非旨在處理 3D 應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。（英偉達的 Kepler 一代 GPU 產(chǎn)品包含 70 億個晶體管。）像英偉達這樣的圖形技術玩家只需專注于提高圖形性能，

然而，醫(yī)學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)遠遠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；手術室可能配備 4K 顯示器，以盡可能最佳的圖像指導手術。這些領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 選項之外思考的設計策略。

并非所有顯卡都是一樣的

顯卡有不同的風格，這可能會增加一些可供嵌入式設計人員考慮的選項。最初為游戲玩家或創(chuàng)客市場設計的商用卡提供了一些可用的最強大的圖形性能——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先計劃，以維持多年、擴展部署的系統(tǒng)性能，最終導致大量的持續(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，嵌入式設計人員可能并不熟悉。成本最初可能是一個因素，但應該仔細評估，因為這些卡可以長期降低運營成本。可能需要新的軟件規(guī)范、工具或編譯器來適應新卡；可能需要重新認證軟件，而且通常比硬件認證過程更具挑戰(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，重新認證、系統(tǒng)測試、或驅動程序更改會增加維護圖形性能的復雜性和成本。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 重新認證方面增加了關鍵價值。

致力于基于卡片的圖形

Nvidia 是公認的顯卡芯片主要供應商，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用，在 3D 設計環(huán)境中非常受歡迎。

Nvidia 的卡使用稱為 PhysX 的專有技術執(zhí)行圖形功能，這是一種可擴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 內核加速，PhysX 實現(xiàn)了模擬驅動的效果，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。其他圖形解決方案依賴于 OpenCL 技術，這是一種用于為并行處理和高性能圖形處理提供異構計算平臺的開放標準。許多 3D 應用程序（例如醫(yī)學成像、工業(yè)視覺或培訓和模擬）僅包含對專有 PhysX 架構的支持。一旦系統(tǒng)基于 PhysX，

建設長壽

致力于基于卡的圖形促使開發(fā)人員在設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 的采購訂單和預測進行庫存和持有。一些設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計策略的一部分得到解決。制造關系通過與 Nvidia 和 Intel 等供應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)療設計過程的復雜性。系統(tǒng)設計人員通常會尋找可用的最新和最強大的圖形處理器 - 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)的原始設備制造商認識到需要在這與更長壽命的組件之間取得平衡。風險分析勝出，該小組通常將即時成本與長期擁有成本作為決定因素進行評估。

以 3D 形式查看患者圖像正在穩(wěn)步改進治療選擇——更好的數(shù)據(jù)有助于從手術、創(chuàng)傷情況或常規(guī)治療等各種醫(yī)療環(huán)境。隨著基于圖形的應用程序在臨床決策中變得越來越普遍，了解選項至關重要，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 應用程序的承諾。這種設計方法需要規(guī)劃，依靠技術和經(jīng)驗豐富的制造商支持來確保使用壽命。

審核編輯：郭婷