Soluzioni per il pilotaggio di iperschermi

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Il recente sviluppo dell’interfaccia di comunicazione digitale DisplayPort e l’introduzione della tecnologia con cavo di rame attivo Q:Active HD offrono una soluzione al problema del collegamento degli iperschermi.

La crescente domanda di visualizzazione ed elaborazione di dati visuali in applicazioni industriali, finanziari, aerospaziali e multimediali ha portato al recente sviluppo dei cosiddetti iperschermi, o powerwalls o hyperwalls, ossia schiere di numerosi monitor piatti ad alta risoluzione affiancati e pilotati in modo coordinato per permettere la visualizzazione completa, la sintesi, l'integrazione e la discriminazione di figure all'interno di complessi spazi di dati pluridimensionali. L'uso di iperschermi è stato recentemente dimostrato dalla Nasa e da Apple, e si è successivamente diffuso rapidamente in diversi settori applicativi che spaziano dall'intrattenimento alle insegne elettroniche. Un tipico iperschermo è costituito da una matrice rettangolare di molteplici monitor a schermo piatto pilotati da più nodi di elaborazione, ognuno dei quali dotato della propria scheda grafica, oppure da una singola unità di elaborazione grafica con uscite video multiple. Le uscite multiple possono essere combinate per comporre un singolo superschermo composito, oppure i differenti monitor possono riprodurre frammenti diversi di dati video. Quest'ultima applicazione costituisce il vantaggio principale degli iperschermi rispetto a un singolo monitor o sistemi di proiezione con schermo di grandi dimensioni, ma anche per le applicazioni che utilizzano una sola immagine riprodotta, gli iperschermi costituiscono una soluzione più economica ed ergonomica rispetto alle alternative basate sui proiettori grazie alla loro maggiore flessibilità e facilità di impostazione, taratura e manutenzione. Questi vantaggi, però, sono accompagnati da una maggiore difficoltà nell'interconnessione dei vari monitor che costituiscono l'iperschermo. Le richieste di banda tipiche dei display ad alta risoluzione superano i limiti tipici delle tradizionali interfacce Vga e Dvi. Inoltre, è necessario utilizzare più cavi per collegare i monitor alle uscite video di un server e questi cavi devono spesso essere instradati all'interno di un'area di ampie dimensioni fisiche, a causa proprio delle grandi dimensioni degli iperschermi, poiché è spesso poco pratico o addirittura impossibile installare i server vicino ai monitor. Di conseguenza, i cavi devono essere abbastanza sottili per essere maneggevoli e devono supportare la trasmissione di dati video su lunghe distanze (20 metri e oltre). Fortunatamente, il recente sviluppo dell'interfaccia di comunicazione digitale DisplayPort e l'introduzione della tecnologia con cavo di rame attivo Q:Active HD hanno consentito di offrire una soluzione molto interessante al problema del collegamento degli iperschermi.

Panoramica su DisplayPort
DisplayPort è un'innovativa interfaccia digitale per il collegamento di display sviluppata dall'associazione Vesa (Video Electronics Standards Association). Si tratta di un'interconnessione audio e video ad alta velocità progettata per collegare i computer ai monitor. L'originale standard DisplayPort 1.1 supportava 1, 2 o 4 coppie di dati con velocità di simbolo da 1,62 e 2.7 Gbit/s per una banda passante video massima complessiva di 8,64 Gbit/s. Il nuovo standard approvato DisplayPort 1.2 aumenta la velocità di simbolo massima per coppia a 5,4 Gbit/s per una banda passante video massima complessiva pari a 17,28 Gbit/s. Non solo questa elevata banda disponibile permette di supportare video digitale con grande profondità di colore con risoluzione fino a 2560 x 1600 a 60 Hz, ma diverse altre caratteristiche di DisplayPort 1.2 la rendono particolarmente adatta alle applicazioni degli iperschermi. La funzionalità multistreaming (la capacità di trasportare più flussi di dati non compressi su un singolo cavo), la capacità di collegare diversi monitor in cascata (configurazione daisy-chain), così come un miglior supporto dei display stereoscopici Full HD 3D sono tutti fattori altrettanto importanti. Inoltre, il nuovo connettore standard Mini DisplayPort (originariamente sviluppato da Apple Inc.) permette di utilizzare cavi flessibili molto sottili adatti ai collegamenti con computer laptop e netbook, nonché schede grafiche ad alte prestazioni con uscite multiple ravvicinate. Ancora, sebbene DisplayPort non sia direttamente compatibile con l'interfaccia Hdmi (High-Definition Multimedia Interface), la modalità opzionale Dual Mode permette ai computer equipaggiati con DisplayPort di pilotare i comuni televisori con ingresso Hdmi e i monitor con ingressi Dvi e Hdmi.

Limiti dei cavi in rame passivi
Mentre le esigenze in termini di banda e risoluzione richieste dagli iperschermi possono ritenersi soddisfatte dallo standard DisplayPort, la necessità di utilizzare cavi lunghi e molto sottili pone tuttora delle notevoli sfide tecnologiche. Il fatto è particolarmente evidente considerando l'elevata velocità del dati seriali in gioco (2,7 e 5,4 Gbit/s). È noto che la lunghezza utile di un cavo in rame per collegamenti ad alta velocità viene limitata dagli effetti distorsivi che affliggono il canale. Il più importante tra questi è l'attenuazione dipendente dalla frequenza introdotta dai cavi in rame. Ciò significa che le componenti a più alta frequenza di una flusso di dati ad alta velocità arrivano fortemente attenuate all'estremo terminale di un cavo lungo. L'attenuazione cresce anche nei cavi di piccolo diametro, poiché le perdite elettromagnetiche sono maggiori nei conduttori con una minore area superficiale. Altri effetti distorsivi sono il disallineamento temporale tra due cavi della stessa coppia (uno sbilanciamento dei cammini di propagazione elettrica degli impulsi negativi e positivi all'interno di una coppia differenziale) e la diafonia, ossia il rumore che si genera in un canale di trasmissione a causa di un indesiderato accoppiamento elettromagnetico tra i segnali che viaggiano su coppie adiacenti. Il risultato netto di questi fenomeni fisici è l'impossibilità di trasmettere segnali elettrici ad alta velocità su cavi passivi molto lunghi (ossia cavi che non contengono alcun circuito attivo). Per esempio, i cavi passivi DisplayPort commercialmente disponibili raramente superano i 3 metri di lunghezza, e lo standard stesso non garantisce le prestazioni piene in termini di banda su cavi più lunghi di 2 metri. Si tratta di una distanza chiaramente insufficiente per essere utile nel collegare i monitor degli iperschermi.
       
Alla scoperta di Q:Active HD
Il problema dei cavi lunghi è stato efficacemente risolto da Intersil con l'introduzione dei suoi cavi attivi in tecnologia Active HD. Integrando i suoi innovativi minuscoli chip a basso consumo per l'elaborazione dei segnali analogici all'interno del connettore DisplayPort, i tecnici di Intersil sono riusciti a neutralizzate le conseguenza negative degli effetti distorsivi, rigenerando un segnale con purezza cristallina all'uscita del cavo. Così facendo, sono riusciti a trasmettere i dati video mediante DisplayPort con la massima banda richiesta dalla visualizzazione di immagini con risoluzione di 2560 x 1600 punti su cavi lunghi fino a 50 metri. La tecnologia sviluppata permette di utilizzare cavi ultrasottili, rendendo particolarmente interessanti l'utilizzo dell'interfaccia Mini DisplayPort. L'azienda ha recentemente dimostrato l'utilizzo della sua tecnologia Q:Active HD in un iperschermo durante il CES di Las Vegas. La dimostrazione ha coinvolto un iperschermo realizzato con sei monitor Dell 3008WFP con display piatto da 30 pollici, ciascuno con risoluzione di 2560 x 1600. I monitor erano pilotati da una scheda grafica ottale ad alte prestazioni Matrox M9188 (dotata di otto uscite Mini DisplayPort ciascuna supportante una risoluzione di 2560x1600 a 60 Hz). Sei delle otto uscite sono state usate per pilotare l'iperschermo con i cavi in rame attivi Q:Active HD con connettori Mini DisplayPort a una estremità e connettore DisplayPort standard all'altra estremità. Sono stati trasmessi video clip e altre immagini ad alta risoluzione con una qualità sorprendente utilizzando una banda video aggregata superiore a 50 Gbit/s.

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