9月25日，賽靈思召開線上媒體分享會，介紹了賽靈思的FPGA產品如何加速新興顯示面板技術的發展。
近年來，隨著視頻內容提供商不斷推出更高質量畫質的內容，以及消費者對於顯示器顯示效果持續追求，刺激了上游顯示面板技術的持續升級。在此背景之下，顯示效果更好的支持高動態範圍 (HDR)技術正在成為顯示面板、智能電視、智慧型手機等廠商追逐和炒作的熱點。這過程中，賽靈思的FPGA為顯示面板廠商的創新提供了很大的助力。
什麼是HDR？
HDR（High-Dynamic Range）是高動態範圍圖像，相比普通的圖像，可以提供更多的動態範圍和圖像細節，根據不同的曝光時間的LDR（Low-Dynamic Range，低動態範圍圖像），並利用每個曝光時間相對應最佳細節的LDR圖像來合成最終HDR圖像。它能夠更好的反映出真實環境中的視覺效果。
而要呈現完美的HDR需要滿足兩個條件：寬色域和高亮度範圍。
如上圖中的「蛇形圖」代表的就是我們人眼所能看到的所有的顏色。目前傳統的這個高畫質電視所能看到的是Rec.709這個圖裡面的最小的這個三角形所覆蓋的色度範圍；但是4K UHD電視所能覆蓋的色域則是DCI-P3這個更大的一個三角形範圍；到8K SHV則就是Rec.2020這個三角形所覆蓋的範圍。
在亮度方面，人眼所能分辨的範圍是0到10000個nits，超出這個範圍來說，對於人眼也就沒有了意義。而普通液晶電視能表現的最低亮度為0.1nits，最亮為500到1000nits之間。
而HDR的概念就是，實現接近人眼所能覆蓋的色域和亮度範圍。即利用相機來儘可能的記錄畫面中人眼所能感受的真實的自然的色彩範圍和亮度範圍，這是一個光電轉換的過程，而顯示器則需要儘可能的還原相機所記錄的真實的自然畫面，這是一個電光轉換的過程。
所以，HDR 內容生產和顯示實際上包括三個因素：動態範圍、光電/電光傳遞函數(OETF/EOTF) 和寬色域。
業界有兩種常用的 HDR 伽瑪曲線標準：SMPTE 2084 採用的感知量化 (PQ) 標準和混合對數伽瑪 (HLG) 標準。PQ 通過採用大多數像素位代表較低的亮度級別來覆蓋整個亮度範圍，這是在較低水平的細節上補充人眼靈敏度的一種方法。
HDR對面板廠商帶來的挑戰
儘管 HDR 標準為內容和顯示器設定了相同的目標，但不幸的是，顯示器技術還是遠遠滯後的。
賽靈思大中華區核心市場總監酆毅（Bob Feng）表示，大多數消費類LCD顯示器提供的峰值亮度大概在1000nits，OLED大概在800-1000nits，量子點可以做到1000nits，而Micro LED可以做到4000nits，但是都比HDR SMPTE2084 中定義的10000nits亮度要小得多。
酆毅（Bob Feng）
賽靈思公司大中華區核心市場事業部 (CMG)市場及業務開發總監
同樣，在低亮度水平上，不同的面板技術，也有著很大的差異。比如對於LCD的這個顯示技術來講，其需要背光，而背光的光源提供模式有很多種。從比較簡單的邊緣式背光，到直下式背光，然後疊代到量子點的背光和MiniLED背光，然後還有疊屏背光。而由於背光的存在，在展示完全的黑色時，其最低亮度仍有接近0.05-0.005nit，這將顯著影響動態範圍的實現。
雖然OLED和MicroLED是自發光，無需背光，能夠實現接近0nits（0.0001nits）的最低亮度。但是，目前在大尺寸的OLED電視上，LG一家獨大，其他屏廠目前在良率上還是有著一定的挑戰，另外大尺寸OLED電視的成本對於普通消費者也不是很友好。而Micro LED作為一項新技術，其所面臨的挑戰更大。
同樣，色域範圍上，大多數的HDR顯示器也並不達標，與HLG和PQ標準均採用的Rec. 2020的色域要求相比，大多數 HDR顯示器僅接近 DCI-P3。
也就是說，目前雖然有符合HDR製作標準的HDR內容，但是實際上，各種宣傳支持HDR顯示的面板卻並不完全符合HDR顯示標準的要求。因為要解決這個問題，還需要依賴於顯示面板技術的進一步升級，這可能還需要一個過程。
所以，如何儘可能的提升現有的顯示面板的對於HDR內容的還原，成為了現階段面板廠商所面臨的主要問題。
對此，很多廠商將高動態範圍和寬色域聯繫在一起，形成一個較新的概念——3D色彩容量，酆毅形象的將其稱之為「3D調色桶」。
酆毅表示，為了最好地將具有較大調色桶的 HDR 內容呈現給具有較小調色桶的特定顯示器，必須要完成適當的轉換或映射過程。
色彩容量轉換的效果取決於 HDR 標準、顯示器類型和顯示器供應商。其中，HDR 標準確定了如何使用選定的伽瑪曲線、最大動態範圍和色域來創建交付內容，而顯示器類型和供應商則確定了實際的表示能力。
因此，在不同供應商的不同技術類型的顯示面板（LCD/OLED/疊屏/MicroLED）中，每一個都需要在其時序控制器 (TCON) 中使用特定的色彩容量映射算法，以便為不同的面板正確地匹配各種色域和對比度輸入，例如混合對數伽馬(HLG)、HDR10 和杜比視界，從而最大程度的優化顯示效果。與此同時，HDR內容通常還伴隨著不同解析度和刷新率需求，這就極大地增加了 TCON 輸入和輸出接口的種類和帶寬的需求。
這些都使得通過專用集成電路 (ASIC) 或專用半導體產品 (ASSP) 等專用器件來設計 TCON 的常規方法，正在變得越來越困難，並且阻礙了新型創新面板的及時採用。
舉個例子來說就是，如果使用ASIC或ASSP來設計面板的TCON，那麼屏廠商針對LCD/OLED/疊屏/MicroLED這四種類型的面板，以及FHD/UHD/8K這三種解析度，就需要設計12顆不同的ASIC或ASSP與之一一匹配（如果考慮不同的刷新率，可能需要更多顆晶片）。顯然，這對於面板廠商來說，不僅挑戰更大，而且所需耗費的研發投入更大，綜合成本也更高。這也使得屏廠難以專注於它的屏的良率和顯示效果上的提升。
賽靈思FPGA助力新興顯示面板創新
對於目前屏廠所面臨的挑戰，賽靈思的FPGA產品則提供了相比ASIC或ASSP更為靈活的解決方案。
由於FPGA是可編程邏輯器件，其相對於針對特定算法而固化的ASIC或ASSP來說，可以適應更多類型的算法，這也意味著一顆基於FPGA晶片的TCON可以適應多種不同技術類型的螢幕的需求。
「不管你是LCD的算法，OLED算法，疊屏的算法，還是Micro LED的算法，你都可以通過同一顆FPGA晶片來實現，不過，針對不同的解析度及刷新率需要選擇不同的FPGA。因此，不同解析度及刷新率對於晶片的處理速度和帶寬需求有很大的差異。」賽靈思大中華區核心市場總監酆毅解釋稱：「對於屏廠來說，原本可能需要12顆ASIC或ASSP才能夠解決的問題，現在可能只需要4顆FPGA就能夠解決，極大的減輕來了屏廠的負擔。選用FPGA作為TCON將成為屏廠一個非常理想的選擇。」（值得一提的是，海爾的疊屏電視所採用的疊屏就採用了賽靈思的FPGA作為TCON。）
此外，FPGA 還具有其他一些優勢。比如，它面向視頻接口的靈活性。根據顯示器供應商和類型的不同，TCON 的視頻輸出，可能會在 eDP、LVDS、RSDS、P2P 等多種信令標準之間有所不同。此外，TCON 輸入也不必受到 V-by-One 接口的限制，而是可以將 HDMI 或 DisplayPort 接口重新編程到 FPGA 中。
這種架構上的變更，可以助力 TCON 直接與更多的網絡友好型移動 SoC（而不僅僅是傳統的電視 SoC）接口連接。這一改進使得對不斷增長的 HDR 內容池的訪問變得更加輕鬆和豐富，同時還不會增加額外的組件成本。而且，甚至可以直接使用移動SoC替代掉主流的4K TV SoC，進一步簡化電路，降低成本。
酆毅表示：「我覺得，FPGA在TCON方面的最大特點和價值就是適合任何屏、任何接口和任何屏廠。
據介紹，目前賽靈思已經與視顯光電合作，針對不同面板廠商（涵蓋了三星/LG/友達/群創/京東方/華星光電）的不同技術類型（LCD/OLED/QLED）的FHD/4K@60FPS/8@60FPS/8K@120FPS面板分別推出了基於Spartan 6、Kintex 7 VASSP、Kintex UltraScale KU060、Kintex UltraScale KU115的解決方案。
雖然，在顯示面板領域的TCON設計上，FPGA相比ASIC有著很多的優勢，但是並不代表FPGA就能夠包打天下，ASIC就沒有用武之地。
酆毅也坦言，「當面板技術非常成熟，且已能夠大規模商用時，TCON選擇ASIC才是合適的。」
不過，在酆毅看來，目前大屏OLED只有LG的技術比較成熟，其他屏廠還不能夠很好的解決良率問題，這個時候去開ASIC是不明智的。此外，還有新的疊屏、MicroLED等新的面板技術，在這些技術還在發展當中，或者商用前景還不夠明朗的時候，選擇FPGA去做為TCON，是一個最佳的選擇。
「不管是屏廠也好，還是不同的屏的技術類型也好，所對應的色彩容量轉換的調色桶是不同的。所有的屏，都需要事先定義好一個調色桶，然後屏廠需要將那個屏往那個調色桶設計，同時需要並行的去開發針對該調色桶的轉換算法固化的ASIC。但是，如果在屏的設計過程中，這個調色桶稍微有一點點改變，那麼原來設計好的算法，就有可能要重新更改，這個其實對並行進行的ASIC開發是一個災難。所以，在對應的螢幕技術完全成熟化、商用化之前，去開ASIC，將是一件非常痛苦和困難的事情。而FPGA在這個過程中可以完美的解決這個問題。」酆毅進一步解釋到。
編輯：芯智訊-浪客劍