作業系統技術產學聯盟-以快速開機技術拓展藍海

 
2018/01/10 江欣怡 | 特約文字編輯     284
 

日常生活中有許多智慧型設備,如電視、車用電子、智慧型電視、數位機上盒,甚至醫療設備如超音波等等,使用時都需花點時間等待開關機。許多電子商品為了加速開機,將電子設備設定為待命模式,在這個模式下隨開隨用,但電子商品將不斷的耗電。但因設定的關係仍需參與開關的程序,因此若能應用快速開機的技術以縮短設備開機的時間,應該可以增加該產品環保、是否具有關鍵的競爭力。

看準了快速開機技術的需求與市場,中正大學作業系統技術產學聯盟以基於休眠模式的快速開機技術,將之應用在各式的產品及設備上,希望授權給諸多民間企業應用,以提升產品的競爭力,並發展出領先性的新產品。

 

開機速度縮短至3.5秒

 

何謂快速開機技術?中正大學作業系統技術產學聯盟的主持人,同時也是中正大學資訊工程系副教授的羅習五解釋:「其實開機與關機所需要的時間是一樣的,但大家只在乎開機的速度。而開機需要初始化軟、硬體,因此相當耗時。但我們所開發出的快速開機技術,於每次關機時建立休眠檔案,並且大幅縮減休眠檔的大小,因此建立休眠檔更快速,開機時只需要讀入這個小小的休眠檔案就能快速的完成軟硬體初始化。」

 

中正大學作業系統技術產學聯盟所研發的快速開機技術取名為fastBooting,是是一基於休眠模式(hibernation)的快速開機方法﹔因為軟體系統會自休眠後啟動,啟動時間包含了硬體裝置初始化的時間,以及自快閃記憶體將休眠檔載入主記憶體的時間,「由於現在設備的記憶體都很大,例如一個2G記憶體的機器,即便快閃記憶體的讀取速度是每秒存20MB, 休眠檔載入的時間也需要100秒,但fastBooting快速開機技術只載入重要的記憶體,例如只存50MB或100MB,而非2G,大幅減少了寫入的記憶體量,並且使得休眠檔載入時間可以從100秒縮減為2.5秒,2.5秒再再加上硬體初始化所需時間就是開機時間,約2-4秒,所以我們技術能展現的開機時間只要3.5秒。」羅習五說。

 

不過,需要快速開機技術的設備,絕對不僅限於桌上型電腦或筆記型電腦,一般說來,當前人類的生活已與科技密切結合,人人手上都會有智慧型手機或平板電腦,為了避免開機速度過慢,許多人都採用不關機的方法,讓它持續處於待機狀態,這樣或許滿足了快速開機的需求,但因電池容量的限制,卻使待機時間減短,造成了另一種的困擾。

 

fastBooting也能在行動設備作業系統上完美呈現,像是在Android 2.1至4.1平台上,縮減過的休眠檔為30至50MB,若系統配備是2G記憶體,在讀取速度每秒20MB的情況下,載入記憶體的時間就可以從100秒縮減為2.5秒。同時,fastBooting也針對了Android和Linux作業系統的記憶體做了高度優化,因此開機時間與記憶體大小、軟體複雜度並無直接關連,在同一個版本的Android或Linux上無論安裝多少應用程式,或開啟多少個應用程式,開機的時間都是恆定的。

 

快速開機正面臨市場考驗

 

「其實十年前我就開始研究快速開機的技術,一開始是將技術運用在個人電腦中的英特爾處理器上,後來找了廠商討論合作的可能性後,廠商建議要開發嵌入式處理器上的應用,於是又花了兩、三年,才成功地在嵌入式系統的ARM處理器上證明也可以快速開機。同時,我們本來是在學校教學用的平台上研發,但因為合作的廠商多是汽車業,所以又花了幾年時間,將快速開機技術導入汽車專用的平台上。」羅習五說。

 

畢業於台大資工所的羅習五,拿到博士後至中正大學任教,彼時才開始對快速開機技術產生興趣,「由於我懂得快閃記憶體的特性,也懂得Linux的電源管理程式碼,因此想說將兩者結合起來開發快速開機。過程中,我一直在思考這個點子是對還是錯,直到花了三年時間做實驗,看到了數據,才證明這確是可行的。」他說。

 

這項技術已經取得台灣、美國、韓國等地的專利,另中國大陸的專利也在申請中,而該項技術所延伸的附屬技術,包含讀取順序動態最佳化等,除了台美中韓等國的專利外,也擬向日本等申請。

 

作業系統技術產學聯盟所擁有的快速開機技術,已經成功地在不同平台上開發完成,而該聯盟目前鎖定兩種市場切入,「目前參與我們聯盟的五家廠商主要以網路通訊、電子產品開發、工業用儲存裝置供應商為主,而聯盟作為主要的技術供應者,客戶的產品集中在汽車與系統兩大市場上,前者如電子儀表板就需要用到快速開機,而後者客戶則是提供工業用控制器前端如機械手臂,由於這些控制系統容易當機,一旦重新開機就得花上一分鐘以上的時間,令人心急不安,但fastBooting開機只需要3.5秒,這個功能幫助廠商提供了一個更穩定的重開機模式。」羅習五解釋。

 

作業系統技術產學聯盟目前所提供的服務,除了授權快速開機專利技術外,還提供快速開機相關的程式碼,同時也能根據客戶指定的平台進行修正,但客戶的需求都是希望能直接取得可應用的技術,因此,這也是作業系統技術產學聯盟碰上的首要問題。

 

而且雖然相較於市場上的競爭對手,羅習五在快速開機技術上的插旗極早,於2010年便取得專利的比次年才以發表的Meego作業系統(Nokia專屬的作業系統)還要還早一年。但因為實驗室的能量有限,僅有10位研究生及一位工程師,因此市場上一直處於追趕的地位。

 

「市場上的競爭對手都因為未取得快速開機專利,故屢屢出現侵權行為,雖然作業系統技術產學聯盟曾提出抗議,但因未取得市場優勢故聲音都被對手漠視,對此侵權的遭遇我們也頗感無奈。」羅習五說。

 

技術的未來應用無限

 

不管目前的挑戰為何,快速開機技術能應用的範圍其實非常廣泛,除了可降低開機的時間外,還能快速啟動特定的應用程式如汽車導航,或是加速啟動所需的應用程式,並且還具備有情境功能,例如在嘉義開車時系統會加速啟動多媒體功能,但當場景換到台北時,系統也會自動啟動汽車導航功能,僅管已如此多功能化了,但對於羅習五來說,他最期待的,還是希望自己的技術能真正幫助到人。

 

「新聞報導中常有倒車不慎致人於死的訊息,每次看到這種新聞,都令我思考,周而復始的工作其實是可以用電腦來代替的,可以免除疲勞駕駛可能造成的危險,因此,我想到或許可以讓快速開機技術應用於倒車顯影上,因為目前倒車顯影都是以硬體連結顯示,致使軟體辨識功能的啟動速度較慢,駕駛人無耐心等候即開始倒車,禍事因此發生。但若能以快速開機技術讓軟體在數秒內啟動,司機應該就願意等待,車禍頻率就可以大幅減少了。」他說,另外,像是車載系統、車道偏移偵測、GPS導航即刻啟動等,都是快速開機技術未來能夠介入的應用。

 

而為了讓快速開機技術能找到更多的應用,已完成四件技術移轉的作業系統技術產學聯盟目前仍積極參與消費電子展(CES)、台北國際發明展、台北車用展等展覽,希望能深入了解市場需求並尋找更多潛在的應用,而為了讓學界的技術能有益於業界,本聯盟也努力開拓新市場,期待讓快速開機技術能在電子產業市場找到真正的利基點。

 

註:羅習五教授研究團隊獲科技部106年度「產學技術聯盟合作計畫」補助(計畫名稱:作業系統技術產學聯盟,執行期間:2017/02/01~2018/01/31)。科技部推動「產學技術聯盟合作計畫」之目的,係為促使大專校院及學術研究機構有效運用研發能量,以其已建立之核心技術與相關之上中下游業界建構技術合作聯盟,以協助產業界提昇競爭能力及產品價值。