“屏幕 RAM”的傳說

        最近，我從推特上看到了小米提出的新概念——屏幕 RAM。對此概念有些疑惑。于是，根據各種論壇的線索，我大致歸納了“屏幕 RAM”的幾個特點：

• 這是一種緩存機制，使得 GPU 只需要運算 delta 值。在沒有此機制的屏幕上繪圖要求 GPU 不斷的工作，產生圖形
• 這種機制可以得到性能的提升，原因是 GPU 不需要 concentrace on 不斷的渲染相同的圖像
• 這種機制可以節約電量
• 這種機制主要應用在高端手機上
• 這種機制的成本是 80 元人民幣，約合 $15

        暫且拋開這種機制在一邊，我們先看一看 LCD 的顯示原理。

        不管是 TTF 還是較早的 STN 屏幕，其都是由一個一個的亞像素（彩色顯示器）/柵格（灰度顯示器）組成的。給液晶分子加上一個電壓，液晶分子將改變其光透射特性，這就激發顏色的改變 （對于彩色顯示器），或者透光度的改變（對于黑白顯示器）。外加電場消失時，透光度恢復。不管是什么技術，它們的基本原理大抵如此。

        如果有一些嵌入式開發經驗，可能將 LCD 看作一組寄存器的概念更能接受————實際上，我們無法對 LCD 直接進行操作，我們操作的對象是 LCD 控制器，控制器控制各個像素/柵格的狀態，這也是為了節省寶貴的 IO 端口。可以將 LCD 作為一組寄存器操作的 LCD 面板叫做 “智能 LCD 面板“。這種面板自帶的控制器中含有 FrameBuffer (幀緩存) 甚至渲染引擎。我們在嵌入式開發中常用的 1602 屏幕就自帶了顯示引擎、字庫以及幀緩存。而有一些其他的屏幕，例如 S3C2440 開發板中常用的某些 LCD 屏幕就沒有自己的幀緩存、顯示引擎，這種屏幕叫做”啞面板“。啞面板需要外置的 LCD 控制器，而智能面板不需要額外的 LCD 控制器。

        幀緩存這個名詞聽起來有一點點繞口，其實它更通俗的名字叫做”顯存“。顯示引擎預先渲染一些內容，并將其保存在顯存中，如果顯存太小，則顯示控 制器將不斷的運行，有可能導致的是因為運算能力較差造成延遲和掉幀的現象。另一方面，帶有 LCD 控制器的面板可以接受高級指令，也不需要外界（這里的系統定義為 LCD）的額外控制就可以保持顯示內容。顯然，這種 LCD 因為內置了顯示引擎而造成成本的增加。然而，啞面板雖然成本低，但需要外界不斷的刷新內容而保持屏幕的正常顯示，這無疑將增加外界的計算壓力。

        這里，我們也許會覺得，這與上面提出的機制的特點相當吻合。確實如此嗎？不盡然。

        現代計算機中的一個重要組成部分叫做顯示適配器，俗稱顯卡。手機等嵌入式設備也不例外，但是由于其空間受限制，一般更傾向于 SoC 設計（片上系統，俗稱“手機主芯片”，主流是 ARM 體系）。內置 LCD 控制器的智能 LCD 似乎很適合，但是我們知道，2008年之后的手機市場已經開始了性能競賽——例如我現在使用的 iPhone 4S 的主頻是 800MHz——作為對比，2009 年我購買的 HTC Dream 的主頻是 384MHz，2007 年我購買的 Motorola Rokr E6 則是 313MHz 的主頻。

        與此同時，圖形處理器，作為片內的一部分，它的進步也是隨著中央處理器的進步而進步的。LCD 控制器的內置”顯卡“毫無疑問相比于英偉達等專業廠商的顯卡是很弱的。盡管啞面板沒有幀緩存，要求不斷的刷新屏幕，并使用了更多的總線帶寬（顯示器的帶寬 總是很大的），但是——無論如何，這些工作都是需要做的，不管是液晶面板做了，還是面板外進行的。

        小米手機的 GPU，是 Adreno 220。查閱了此款 GPU 的資料，得知這是 SoC 內置 SRAM FrameBuffer 的解決方案。當然了，蘋果的 A5 處理器一樣是這種架構的 SoC ，也內置了 FrameBuffer。另一方面，根據魅族公布的資料，魅族 MX 的 GPU 也是 SoC 實現的 Cortex-A9 + Mali-400MP GPU。這款片上同樣集成了一定數量的內存作為幀緩存使用，根據 ARM 的介紹，其最大支持的幀緩存大小為單幀 4096×4096。

        即使說到這里，可能還是有一些讀者不理解他們有什么太大的差距，在這里，我再說明一下它們之間的聯系：

• 為了讓液晶面板現實出文字和圖像，必須配合一塊特殊的控制器；
• 控制器的位置可以放在多個地方；
• 對于很多智能手機而言，在 SoC 和顯示面板上都具有控制器。

        由于填充 Framebuffer 的過程必須由內置的 GPU 完成，則顯示器將顯示來自 Framebuffer 的內容。既然兩種手機都顯示來自 Framebuffer 的內容，那么不管他們選擇什么樣的液晶面板，都會達到一樣的效果，那就是幀緩存在液晶屏幕之外。

        作為初步結論，我認為，”屏幕 RAM”應該是指的液晶面板內的幀緩存。在當前的運行模式下，其存在的意義 不大，在硬件抽象層之上，操作系統是不需要關心這種實現的。盡管啞面板有著種種缺點，但因為目前的設計，實際上智能面板的“智能部分”已經由更加智能的智 能手機片內的 GPU 所完成。因此，單獨提出這個概念并沒有太多技術上的說服力。”屏幕 RAM”就成為了一個營銷概念。