Все новости от 9 декабря 2003 г.

Мобильным устройствам нужны новые дисплеи

Происходящий на наших глазах поворот компьютерного мира в сторону мобильных систем ставит перед их разработчиками ряд серьезных задач, связанных с повышением потребительских свойств продуктов.

При этом ключевой проблемой, от решения которой во многом зависит и производительность, и конструктивные параметры портативных устройств, является снижение их энергопотребления.

Значительный шаг в этом направлении сделан в результате создания новых специализированных процессоров для мобильных компьютеров (вроде Pentium M корпорации Intel), однако кардинально увеличить срок автономной работы изделия от встроенной батареи только за счет повышения энергетической эффективности вычислительной подсистемы невозможно.

Как показывают исследования, на долю дисплейных компонентов (экран плюс контроллер) ноутбука зачастую приходится половина потребляемой им энергии, а в карманных устройствах эта доля может превышать 60%.

Если учесть быстрый прогресс в области производства полупроводниковых компонентов и относительный застой (с точки зрения решения энергетической проблемы) в технологиях изготовления экранов, то можно ожидать, что в ближайшие годы доля дисплейных подсистем в энергетических затратах мобильных устройств будет становиться все весомее.

До сих пор эта проблема решается в основном двумя способами -- ограничением размеров и яркости экранов в тех продуктах, где продолжительность автономной работы является критически важной характеристикой, а также отключением экранной матрицы при отсутствии активных действий со стороны пользователя.

Однако с появлением экранов излучающего типа, в частности на основе технологии OLED (Organic Light Emitting Diodes), открываются дополнительные возможности для построения дисплейных подсистем с адаптивным (в смысле -- меняющимся в зависимости от характера использования телефона, КПК или мобильного компьютера) энергопотреблением.

Изучением возможных путей снижения энергопотребления экранными системами сегодня занимаются многие исследовательские структуры. Интересные результаты, например, были получены сотрудниками лаборатории Hewlett-Packard в Пало-Альто (шт. Калифорния) и Школы компьютерных наук университета Карнеги -- Меллона (Питтсбург, шт. Пенсильвания).

Свое исследование они выстроили в два этапа и для начала постарались оценить присущие пользователям особенности в работе с типовыми компьютерными приложениями, охватывающими широкий круг задач от подготовки документов и написания программ до обработки мультимедиаданных.

С этой целью на компьютерах (настольных и мобильных с экранами от 13 до 21 дюйма по диагонали) специально подобранной тестовой группы из 17 человек была установлена утилита, ежесекундно регистрировавшая размеры, положение на экране и титульное название активного окна, а также площадь экрана, занятую другой полезной информацией -- видимыми частями неактивных окон и различными системными или прикладными панелями.

Что дает адаптивный подход к проектированию дисплейных систем

Проанализировав полученные в итоге многодневных наблюдений результаты, исследователи обнаружили существенные расхождения между реальными возможностями предлагаемых сегодня дисплеев и тем, как эти возможности используются.

Прежде всего это касается размеров экрана. Несмотря на заметные различия в предпочтениях членов тестовой группы, все они значительное время обходились лишь частью экранной поверхности.

В среднем по группе размер активного окна составил чуть менее 60%, и еще около 17% пришлось на дополнительные окна и панели. Кроме того, выяснилось, что характер отображаемой на экране информации зачастую не требует для адекватного ее отображения ни высокого разрешения, ни повышенной яркости, ни многообразия воспроизводимых цветовых оттенков.

(Особенно наглядно это проявляется при выводе системных запросов или, например, диалоговых окон.) Все это позволило сделать общий вывод о том, что построение дисплейных систем, способных адаптироваться к текущим потребностям пользователя на аппаратном и программном уровнях, сулит значительную экономию энергоресурса ПК.

Ключевая проблема при проектировании такой адаптивной системы заключается в обеспечении возможности управлять энергопотреблением отдельных частей экрана независимо друг от друга.

Современные LCD-матрицы этому требованию не удовлетворяют, и потому их место в энергосберегающих решениях должны занять экраны другого типа. OLED -- одна из наиболее перспективных в этом отношении технологий (см. PC Week/RE, №5/2003, с. 16), поскольку потребляемый OLED-панелью ток пропорционален числу и яркости свечения включенных пикселов.

Сегодня более сотни компаний участвуют в развитии этой технологии и уже созданы прототипы экранов с размером 13 дюймов по диагонали. Небольшие OLED-дисплеи в настоящее время применяются в некоторых моделях мобильных телефонов, а более крупные, для КПК и лаптопов, ожидаются в следующем году.

Чтобы количественно оценить возможный выигрыш в результате перехода на OLED-технологию для "усредненного" (по характеру работы с компьютерной системой) пользователя, исследователи создали на основе технических данных имеющихся разработок энергетическую модель 15-дюймового OLED-дисплея.

Кроме того, они сымитировали различные модифицированные варианты Windows-интерфейса на системе X Window, работающей под управлением OC Linux (так проще было управлять цветом активных и неактивных окон и рабочего стола).

Модифицировался интерфейс четырьмя способами: в одном случае яркость пикселов вне активного окна снижалась вдвое (режим HalfDimmed), в другом они выключались полностью (FullyDimmed), в третьем часть экрана вне активного окна отображалась серыми полутонами (GrayScale), наконец, в четвертом эта же часть экрана отображалась полутонами зеленого цвета (GreenScale).

Включение последнего режима в программу исследований было обусловлено тем, что зеленые диоды в OLED-экранах потребляют несколько меньше энергии, чем голубые и красные.

Интересно, что даже не зная о том выигрыше, какой сулит изменение представления фоновой части экрана, некоторые участники тестовой группы избрали варианты HalfDimmed и GreenScale в качестве наиболее предпочтительных для себя.

Вместе с тем кто-то из них готов был смириться с полным ее затемнением ради продления срока автономной работы компьютерного устройства.

Общий итог второго этапа исследований представлен на диаграмме. Как можно видеть, переход на OLED-дисплеи и без каких-либо изменений в схеме отображения окон и экранного фона обещает снижение энергозатрат примерно на 25% по сравнению с LCD-матрицей.

За счет программной модификации цвета неактивной части экрана этот выигрыш может быть увеличен до 40% (режим GreenScale), а при полном отказе от фона -- до 43% (FullyDimmed).

Справедливости ради следует отметить, что помимо OLED в настоящее время развиваются и иные технологии отображения информации, в частности технология FED (Field-Emission Display).

Построить адаптивную систему можно и скомбинировав LCD-матрицу с OLED-панелью вместо традиционной лампы обратной подсветки. Очевидно, предпочтение в мобильных устройствах будет отдано решениям, наиболее оптимальным с точки зрения энергопотребления и цены.

Однако уже сегодня разработчики программных приложений для мобильных устройств, в частности для КПК и сотовых телефонов, где экраны нового типа получат распространение в первую очередь, могут сделать для себя определенные выводы. Не исключено, что энергетическая эффективность их продуктов со временем станет дополнительным козырем в борьбе за рынок.