可攜式遊戲機的應用分類可分為Game Handheld以及智慧型手機兩種，除此之外還有類似MID的可攜式遊戲機樣式，以能夠運作Android作業架構維主要特徵。目前Game Handheld主要還是以能夠提供殺手級應用遊戲內容的廠商所主導，任天堂（Nintendo）和新力（Sony）仍佔有主導地位。

可攜式遊戲機展現新風貌

在iPhone的帶動下，Game Handheld和智慧型手機遊戲功能的蓬勃發展備受看好。不過相對於一般遊戲機，Game Handheld還算是小眾市場，且多屬於中低價位，而結合遊戲功能的智慧型手機，價格定位較高，智慧型手機也可透過HDMI連接高畫質的電視，讓可攜式遊戲功能也可以在電視上呈現。可攜式遊戲機將更強調連結的功能，也更為著重在數位家庭環境下不同空間的移動性。

智慧型手機的必備功能也隨著市場需求不斷更迭，例如在iPhone影響下，多點觸控螢幕便成為智慧型手機不得不具備的功能，變成沒有多點觸控功能、就不被視為是智慧型手機的發展結果。如果從這個角度來看，可攜式遊戲會不會成為下一波智慧型手機必備的功能選項呢？答案似乎越來越肯定。因為iPhone已經逐漸侵蝕Game Handheld的市佔率，智慧型手機的遊戲功能也越來越被凸顯，其實也是iPhone把智慧型手機遊戲功能的局面打開。

GPU+Android決勝負

因此，智慧型手機也越來越講究圖形處理器（GPU）效能，結合觸控螢幕加上一些運動感測的加速度計和陀螺儀，配合開放式作業環境下、例如Android作業框架底下的遊戲軟體內容，便可以盡興地體驗與玩樂。

所以Game Handheld的發展，就不能以硬體裝置規格來與其他智慧型手機作主要市場區隔，而必須以遊戲引擎和GPU處理架構來強調競爭能力。另外具開放作業架構的Android應用框架，有助於提昇多元化遊戲軟體的嵌入設計，因此Android為基礎的可攜式遊戲機有機會在市場上異軍突起。而開放式的遊戲軟體，就不會是以專屬的作業系統為骨幹，且遊戲內容也將會以虛擬商店的模式作為主流。若要符合可攜式遊戲機的低功耗和高解析畫質的效能，GPU應該要採用多核心架構。

《圖一　遊戲機圖形處理器和IP授權大廠合作關係示意圖》 資料來源：安謀科技（ARM）

GPU處理架構要玩出新花樣

可攜式遊戲機市場主要還是雙雄對決的局面，任天堂和新力挾遊戲內容的優勢，分別繼續主導可攜式遊戲機市場。微軟（Microsoft）雖有意進佔此領域，不過仍處於「只聞樓梯響」的階段，因此何時能看到可攜式Xbox出現，可能還需要一段時日。

目前可攜式遊戲機的多媒體運算環境，各家都有各家的專屬軟硬體設計，任天堂、新力和微軟的遊戲平台不盡相同，遊戲軟體的應用環境也無法相互整合。另一方面，高解析度的遊戲多媒體內容即將成為主流，可攜式遊戲機如何兼顧低功耗和多媒體遊戲視訊品質，GPU運算負載的效能提昇是重要關鍵，此外，降低頻寬資源的負擔也是GPU設計的核心要素。

Game handheld內的GPU繪圖處理架構，特別注重低功耗、頻寬和高解析品質三大要素，隨著市場逐漸要求Game handheld的遊戲內容顯示品質、要和PC等級並駕齊驅時，GPU架構設計的複雜度也會隨之提高。例如當WVGA提升到1080p階段，像素點會增加5.4倍。而GPU很大一部份的耗電量，來自於讀取記憶體時所佔據頻寬需要的功耗量。這時要兼顧效能和功耗的GPU處理架構便相當不易。

雙核或多核GPU架構設計，也可兼顧不同位階的Game handheld的繪圖處理內容。高階Game handheld或智慧型手機的遊戲內容，可採用多核GPU繪圖處理設計，每一個核心可並行處理各個方塊狀的圖形處理內容。若是中低階Game handheld的遊戲應用，則可減少多餘的核心資源，採用單核繪圖處理架構即可。GPU的多核處理架構，也可因應更複雜的高畫質或是3D影像遊戲內容的繪圖需求。

各有分身 遊戲機GPU架構熱鬧滾滾

從GPU晶片角度來看，可提供IP授權處理架構的大廠並不少，包括ARM、IBM、nVIDIA、AMD、Imagination和DMP等等，至於SiP系統封裝晶片大廠還是可能會以Sharp、Sony、Toshiba和NEC為主。IP廠商將應用在可攜式遊戲機的GPU核心架構授權給SiP晶片大廠，讓晶片大廠生產製造可攜式遊戲機的圖形處理晶片。因此在可攜式遊戲機部份，Sharp、Sony、Toshiba仍會佔有主導地位。

一般遊戲機GPU架構三分天下

在一般遊戲機領域，是任天堂、新力和微軟三分天下的局面。從GPU的IP架構來看，IBM直接提供PowerPC架構和圖形處理晶片給任天堂、新力和微軟。至於新力的遊戲機晶片除了採用IBM的PowerPC架構之外，新力也與Toshiba合作製造圖形晶片產品，並採用nVIDIA的GPU授權架構RSX和Imagination的IP 授權，採非對稱核心設計。微軟的遊戲機處理器除了IBM架構外，GPU也採用NEC的圖形晶片和AMD旗下ATI的IP授權，並成為北橋晶片組主要內容，而南橋晶片組則是由矽統（SiS）負責。

任天堂的Wii遊戲機所採用的Broadway處理器，效能在726MHz左右，是作為輔助處理的MPU（Microprocessor Unit）角色，GPU架構還是以ATI授權架構為主；新力代表性的PlayStation 3遊戲機內的cell處理器，效能定在3.2GHz，但更可達4.6GHz。至於微軟的Xbox 360的Xenon處理器，效能也可達3.2GHz，採用的是獨特三核架構的設計。

暗潮洶湧 可攜式GPU各方角力

任天堂GPU以ARM架構為核心

任天堂可攜式遊戲機的GPU圖形處理器架構，則是以ARM的Mali架構為主，市佔率也隨之水漲船高，目前估計有65％左右。預計到2013年，ARM在整體可攜式遊戲機的IP授權市佔率，可以達到99％。這表示ARM除了繼續穩固與任天堂在可攜式遊戲機的緊密合作外，也將進一步開拓與新力在可攜式遊戲機GPU處理架構的合作關係。

在這裡ARM的圖形處理架構影響力越來越深，任天堂最新推出的Nintendo 3DS，裡面的處理器就以ARM 9和ARM 11核心架構為主。目前看起來微軟還沒有在可攜式遊戲機領域推出任何產品，不過ARM的下一代Mali架構將可支援DirectX環境，這已經為與微軟在可攜式遊戲機的合作關係先行打好基礎。

任天堂3DS也採用DMP圖形處理技術

任天堂所推出的最新一代掌上遊戲機Nintendo 3DS，除了強調無須配戴3D眼鏡的裸視3D技術之外，也使用日本DMP（Digtal Media Professionals）的圖形處理器技術。

Nintendo 3DS採用的DMP的繪圖處理器Pica200，可以在200MHz時脈運作下，支援頂點效能（Vertex Performance）可達每秒1530萬個多邊形（polygons）數目、以及每秒8億個畫素的繪圖處理能力。因為更多的多邊形電腦圖像，遊戲機內的遊戲圖像越能逼近呈現神似效果，而頂點則是多邊形和多邊形連接的點。

另外DMP的Pica200繪圖晶片還具備各項多媒體繪圖處理功能，包括可支援最高4095×4095畫素的Frame buffer；畫素格式可支援RGBA4444、RGB565、RGBA5551和RGBA8888；可提供OpenGL ES 1.1內嵌式繪圖核心的頂點編程（Vertex program）、支援RTT（Render to texture）、Bilinear texture filtering、全景反鋸齒功能（Full-scene antialiasing）、圖層半透明混合處理（Alpha blending）以及Polygon offset等等。

值得注意的是，DMP擁有所謂藉由可帶光影物理修正讓即時照片真實渲染（shader）的技術。這個技術可以讓DMP的繪圖晶片，呈現遊戲內容內快速渲染雲彩、煙霧、氣體和其他模糊物體的逼真顯示效果。此外，DMP也開發應用於嵌入式產品的 2D / 3D 繪圖技術開發，提供整合軟硬體架構的3D繪圖解決方案。

DMP的PICA2000繪圖處理核心採用DMP自有的3D繪圖擴充功能Maestro技術，可藉由硬體方式達到各種複雜的著色功能，在講究低功耗設計的高階可攜式遊戲機當中，實現裸視3D高畫質的圖形渲染功能。

搶攻陣地 ARM將推下一代GPU架構

ARM目前在Game Handheld繪圖處理器架構的市佔率約為65％，在任天堂遊戲機的市佔率已接近100％。在Mali-200和Mali-400繪圖處理架構之後，今年底前ARM也會推出下一代Mali繪圖架構，可同時支援Apple積極推廣的OpenCL和微軟的Direct X多媒體預算環境。現在新力的PSP系列還是以MIPS核心架構為主，不過ARM則是非常積極地要搶攻新力可攜式遊戲機這一塊，預計在2011年，新一代PSP的圖形處理架構就可能會以ARM架構來取代。

ARM的四核GPU架構，在頻率275MHz時，每秒填充率可達到1G。現在ARM所設計的Mali架構，可以讓遊戲顯示品質WVGA提升到1080p階段時，頻寬僅需增加2.5倍。其採用的技術是，把大螢幕圖形處理切成多個小格方塊來運作，利用GPU內部的buffer和cache，由GPU內部先處理頻寬負擔，減少讀取外部記憶體的次數，讓外部的資源調配可以更具彈性空間。

除了繼續支援OpenGL ES 2.0和OpenCL繪圖運算環境外，ARM也會進一步支援微軟的Direct X遊戲環境。在GPU處理架構部份，ARM強調的是多核心設計，採取類似平行處理的設計概念，每一核心對應處理多個特定的遊戲視訊方塊，藉由可達4核心GPU繪圖處理架構在運算負載的彈性化設計，來提昇GPU運算處理的效能。另外，將傳輸資料的頻寬負載鎖在晶片內部來處理，而減少記憶體讀取所造成的負擔，也是GPU繪圖處理架構能進一步降低功耗、滿足可攜式遊戲機應用需求的重要設計。

擴大可攜式遊戲機的影響力，並改變既有遊戲平台的相對封閉生態，一直是ARM在此領域的發展重點。提供SoC廠商更多開放資源的繪圖處理運算環境，以及設計多核心的GPU架構，強化省電低功耗、提昇頻寬效能和遊戲視訊品質，便是ARM在繪圖處理架構的技術指導原則。

多核GPU成趨勢 可攜式遊戲平台走開放

儘管可攜式遊戲機其中之一的Game handheld裝置，相關架構還是由遊戲內容廠商所決定。不過遊戲內容勢必朝向開放環境前進，這時GPU多核架構的標準化便越來越重要。

無論是ARM的Mali繪圖處理架構還是Imagination的POWERVR架構，都不約而同地強調可支援OpenGL/ES 2.0/1.1繪圖軟體規格。OpenGL/ES 2.0被視為可提昇可攜式遊戲機內容品質與PC等級並駕齊驅的規格，這已經逐漸成為智慧型手機遊戲軟體設計的共通標準。

但是在Game handheld領域，現在遊戲內容供應廠商仍是在相關規格下，走自己的專屬架構，彼此內容之間尚無法進一步開放。微軟的遊戲內容便以DirectX規格為主，而蘋果則是主推OpenCL。目前由於微軟尚未切入可攜式遊戲機領域，因此GPU繪圖處理架構也還沒有能夠支援DirectX的設計，不過ARM在年底前會推出的新一代Mali架構，將會進一步支援DirectX，因此將可同時支援OpenGL/ES 2.0和DirectX。

但是可攜式遊戲機的樣式不是只有Game Handheld而已，智慧型手機內的遊戲功能，或是中國市場類似MID的Android遊戲機也開始出現。這些多樣式可攜式遊戲機的OEM廠商，未來都會是極具潛力的市場。特別是在Android架構底下，可攜式遊戲機的樣貌將會更變化無窮。例如中國的可攜式遊戲機市場，多半會從PMP裝置為基礎，今年底開始變化出各樣各樣的可攜式遊戲機產品。

在這裡，我們也別忘了微軟也正在鴨子划水、想切入可攜式遊戲機的企圖心。儘管微軟尚未明顯表態，可攜式Xbox的影子都還沒浮現，不過前陣子微軟和ARM宣佈擴大合作關係，裡面便透露出一些蛛絲馬跡。

可攜式Xbox熱身 微軟和ARM合作還有得瞧！

進一步觀察Microsoft和ARM擴展合作關係的發展脈絡，可攜式遊戲機應該是其中重要的項目之一。ARM和Microsoft所簽訂的處理器授權模式，可能是讓Microsoft獲得設計處理器晶片更多的自主空間。花錢買更廣泛的處理器架構授權，就是想要在晶片設計領域獨立自主，也就是要擺脫被其他晶片大廠技術的綁縛與受限。Microsoft要的ARM核心授權，也應該是Cortex-A8等級或以上的授權。Microsoft寧願花錢晶片設計「自己來」，除了證明「我也行」之外，還有更多的策略盤算。

Xbox遊戲機是Microsoft具備自主品牌產品掌控能力的代表作。Microsoft應該是希望先掌握Xbox遊戲機的處理器自主能力。能夠總攬大部分處理作業的遊戲機處理器，特別是以SoC架構來呈現，需要更多的硬體設計資源。可攜式遊戲機處理器最大的課題便是散熱，新一代更具行動化的Xbox遊戲機，更需要降低處理功耗。Microsoft可以藉由ARM處理架構授權，取得更多的硬體設計資源，自主打造低功耗的可攜式遊戲機處理晶片，來掌握可攜式Xbox遊戲機整合軟硬體的關鍵技術。

可攜式遊戲機會更好玩

雖然在可攜式遊戲機領域，任天堂和新力仍佔有主導地位，不過微軟可沒有放棄這一塊，可攜式遊戲機發展風貌也正在起變化。無論是Game Handheld、智慧型手機還是MID樣式的Android遊戲機，GPU繪圖處理架構都是攸關遊戲高解析畫質、低功耗運作、降低處理負擔的最關鍵設計。高效能且多核心的GPU處理架構設計、搭配開放的遊戲引擎和作業環境，才能因應可攜式遊戲機多元化遊戲平台的應用趨勢。可以預見的是，2011年的可攜式遊戲機市場，將會有另一番新風貌。