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Autore: STMicroelectronics
La ST annuncia oggi la GPU NeoChromVG, il primo acceleratore grafico vettoriale per microcontrollori di uso generale. Disponibile sui prossimi STM32U5G9 e STM32U5F9, si basa sulla GPU Neochrom, lanciata nel 2023, e porta funzionalità come i caratteri vettoriali, disponibili su TouchGFX 4.23, a un livello superiore consentendo un tipo completamente nuovo di ottimizzazione sui sistemi embedded. I lettori accaniti del blog della ST noteranno come la GPU NeoChromVG sia il culmine del nostro impegno verso la grafica vettoriale nella speranza di aiutare i produttori a ridurre l’ingombro della memoria. Forniamo anche kit di sviluppo e demo per aiutare gli ingegneri a sapere se questa soluzione è adatta al loro progetto.
Sommario
Cosa c’è di nuovo? GPU NeoChromVG!
La sfida di creare interfacce utente con meno memoria
Il motivo per cui la ST ha deciso di rilasciare uno specifico vettore IP hardware che accelera le operazioni è perché si trattava di una richiesta sempre più diffusa da parte dei clienti che desiderano ridurre la propria dipendenza dai moduli flash esterni. I mercati delle memorie sono sempre stati volatili, ma molti analisti, secondo Forbes, prevedono una forte domanda di flash nel corso del 2024, sostenuta in parte dalle nuove applicazioni di intelligenza artificiale che cercano di creare “sistemi di storage di oggetti all-flash”. Di conseguenza, le aziende più piccole con meno potere d’acquisto potrebbero incontrare seri problemi nell’approvvigionamento dei moduli o semplicemente affrontare prezzi troppo alti per rendere i loro prodotti sostenibili. Pertanto, molti stanno cercando di ridurre le proprie esigenze di NAND esterna o di cancellarle del tutto, il che ci ha portato a offrire la GPU NeoChromVG nei nuovi MCU STM32U5F9 e STM32U5G9.
La soluzione GPU NeoChromVG
In sostanza, la GPU NeoChromVG è una GPU Neochrom tradizionale con un’unità hardware che accelera i calcoli di grafica vettoriale, come le curve quadratiche di Bézier, che sono molto comuni nei caratteri vettoriali, la tassellatura di Bézier per il rendering delle superfici e i calcoli vettoriali per la trasformazione dei vertici, tra le altre cose, per disegnare rapidamente grafica vettoriale sullo schermo. Si basa ancora sullo stesso mappatore di texture della normale GPU Neochrom e ha caratteristiche simili come la compressione L8. L’accelerazione grafica vettoriale diventa semplicemente uno strumento aggiuntivo nell’arsenale di uno sviluppatore per ottimizzare la propria interfaccia utente. La funzionalità arriva anche sulla scia di TouchGFX 4.23, che ha appena ottenuto il supporto per i caratteri vettoriali. Pertanto, gli ingegneri vedono la strategia generale utilizzata da ST per aiutare con la dipendenza dalla memoria.
La GPU NeoChromVG sarà disponibile sui nuovi STM32U5G9 e STM32U5F9, il primo è la versione che ospita un core crittografico. Entrambi avranno 3 MB di RAM e 4 MB di flash dual-bank. Questa configurazione hardware ha consentito ad alcuni dei nostri clienti di passare a un design a chip singolo che non richiedeva alcuna memoria esterna, mentre l’aumento della memoria interna e del supporto della grafica vettoriale ha aiutato altri a utilizzare dispositivi NAND più piccoli. In entrambi i casi, è possibile semplificare la progettazione del PCB passando a soli quattro livelli e riducendo la distinta base. Allo stesso modo, poiché i sistemi embedded tendono a mappare la propria memoria NOR per una maggiore ottimizzazione, non dover mappare nulla al di sopra dei 32 MB diventa un notevole risparmio di tempo.
Il modo migliore per iniziare a utilizzare la grafica vettoriale su STM32
La grafica vettoriale non è per tutti i sistemi. Anche con l’accelerazione hardware, la riduzione delle prestazioni subita dal rendering vettoriale potrebbe essere eccessiva in alcune interfacce utente. Tuttavia, ci stiamo assicurando che gli sviluppatori dispongano di strumenti di prototipazione rapida per testare la GPU NeoChromVG in pochi minuti. Stiamo rilasciando STM32U5G9J-DK, con uno schermo 480 x 480, e STM32U5G9J-DK2 con uno schermo 800 x 480, oltre a una demo dell’interfaccia utente che mostra ciò che gli sviluppatori possono realizzare grazie alla grafica vettoriale. Anche il partner ST Riverdi, famoso per i suoi display integrati STM32, offrirà presto un modello con STM32U5G9 per aiutare a sviluppare e sfruttare l’acceleratore grafico vettoriale.
Da Chrom-ART alla GPU NeoChrom
Cosa sono le GPU Chrom-ART e NeoChrom?
I lettori che hanno familiarità con le tecnologie ST possono immaginare che la GPU NeoChrom sia la prossima evoluzione di Chrom-ART. Quest’ultimo è un acceleratore 2D (DMA2D) incorporato in diversi MCU STM32 che ottimizza l’accesso alla memoria per manipolare le immagini più velocemente. Molti strumenti e prodotti dei partner ST lo utilizzano, come Storyboard di Crank, Microvisor di Twilio o le interfacce di PsiControl, un implementatore TouchGFX, per citarne solo tre. In confronto, la GPU NeoChrom si ispira alla stessa filosofia offrendo allo stesso tempo una maggiore portata di ottimizzazioni. Grazie alla mappatura delle texture con campionamento bilineare e puntuale, la nuova tecnologia fornisce una nuova accelerazione del disegno e supporta le animazioni. Pertanto, ciò che prima richiedeva una scheda GPU per PC desktop ora può essere eseguito su un microcontrollore.
Confronto delle specifiche tra Chrom-ART e NeoChrom
Come si integra la GPU NeoChrom nell’ecosistema TouchGFX?
Storicamente, Chrom-ART ha rappresentato una delle prime incursioni della ST nel campo dell’ottimizzazione grafica. Da allora, abbiamo acquisito TouchGFX e creato un intero ecosistema con TouchGFX Designer, Simulator e Generator. Di conseguenza, la ST sta integrando la GPU NeoChrom in questi strumenti fin dall’inizio. TouchGFX Designer contiene demo che mostrano un’animazione fluida a 60 FPS su un display circolare. Ancora più importante, mostra l’impatto sul frame rate quando la GPU NeoChrom è disattivata per aiutare i decisori a coglierne l’importanza. Allo stesso modo, il widget di mappatura delle texture utilizzerà automaticamente la nuova GPU se l’MCU la supporta. Pertanto, l’integrazione immediata della nuova IP all’interno di TouchGFX funge da testimonianza dell’ecosistema coeso della ST invece che da un semplice elenco di funzionalità.
Dalla GPU NeoChrom alle prestazioni del mondo reale
Quali sono le sfide per le prestazioni grafiche?
L’STM32U5
Esistono due sfide principali per le prestazioni grafiche: una limitazione delle istruzioni per clock e un problema di memoria. La prima segue spesso le innovazioni architettoniche. I microcontrollori hanno restrizioni ALU e FPU a causa delle loro dimensioni e del basso consumo energetico, ma i miglioramenti nei processi di produzione consentono più transistor in grado di gestire più operazioni. La GPU NeoChrom segue tali tendenze con un IP hardware che accelera più tipi di calcoli grafici. La seconda sfida è più complicata ma ancor più critica perché la memoria rimarrà sempre una risorsa scarsa. Mentre l’STM32U599 verrà fornito con 2,5 MB di RAM interna in grado di memorizzare due frame buffer, molti sistemi embedded necessitano di RAM esterna. Il problema è che comporta significative penalità in termini di prestazioni.
Quali sono le implementazioni STM32 uniche?
Per risolvere questa seconda sfida, la GPU NeoChrom è dotata di ottimizzazioni hardware specifiche per gli MCU STM32. Ad esempio, STM32U5 si basa su un’interfaccia periferica seriale ottale (OSPI) a 8 bit o su un’interfaccia ad alta velocità (HSPI) a 16 bit a 200 MHz per moduli di memoria esterni per accelerare le operazioni di recupero nella cache L2. Allo stesso modo, la cache L1 può accedere direttamente a due frame buffer da 832 KB nella RAM interna. Di conseguenza, la tassellatura è notevolmente più veloce grazie all’accesso rapido a tutti i dati necessari per eseguire il rendering dell’immagine in tempo reale. In parole povere, i nostri ingegneri hanno ottimizzato le prestazioni lavorando per ridurre il tempo necessario per accedere alle texture e ad altre risorse, accelerando il rendering fino a sei volte.
Qual è il prossimo?
Il primo feedback del settore sulla GPU NeoChrom è stato molto positivo. Sebbene molti produttori di MCU abbiano IP simili per accelerare i calcoli grafici, le ottimizzazioni specifiche di STM32 e l’ecosistema TouchGFX hanno portato molti dei primi tester alfa ad adottare la GPU NeoChrom invece di soluzioni concorrenti. La nuova tecnologia è già supportata in TouchGFX 4.19 e alcuni clienti alpha hanno già lavorato su interfacce utente pronte per la produzione utilizzando un prossimo kit di sviluppo STM32U599. La ST includerà la GPU NeoChrom anche in altri microcontroller imminenti e aggiorneremo questo post del blog non appena diventeranno pubblici.
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