- Monitor E Ink 13,3 inci menyegarkan layar 60 kali per detik pada 300ppi, dan menjadi produk nyata setelah 4 tahun pengembangan kontroler, perangkat keras, dan firmware buatan sendiri
- Kontroler E Ink yang ada menukar kecepatan dengan rasio kontras karena harus menunggu sekitar 100 md pembaruan global, tetapi metode pembaruan per piksel langsung memperbarui piksel yang berubah
- Pembaruan per piksel meningkatkan kebutuhan bandwidth dari 20MB/s menjadi 540MB/s pada tampilan hitam-putih 13 inci, sehingga membutuhkan DDR3 dan DisplayPort
- Grayscale tidak bisa dibuat tanpa kedipan, sehingga digunakan kombinasi Bayer dithering, blue noise, error diffusion, dan mode tampilan hibrida
- Hasil akhirnya adalah monitor E Ink refresh rate tinggi dengan layar sentuh, frontlight, opsi warna, beberapa mode tampilan, serta perangkat keras, gateware FPGA, dan firmware open source
Titik awal: dari laptop E Ink ke kontroler buatan sendiri
- Monitor E Ink 60fps ini berjalan pada 300ppi, menyegarkan 60 kali per detik meski E Ink bukan jenis layar yang dikenal karena kecepatannya
- Pengembangan bermula dari laptop E Ink, dan saat itu SoC yang mendukung E Ink dirancang untuk e-reader sehingga terikat pada daya rendah, prosesor lambat, dan antarmuka terbatas
- Untuk membuat laptop, SoC dan layar harus dipisahkan, dan di antaranya perlu ditambahkan chip driver berbasis FPGA untuk membangun kontroler E Ink sendiri
- Desain awal laptop memiliki LCD berbentuk batang yang bekerja seperti touch bar besar, dengan asumsi bahwa beberapa tugas membutuhkan layar cepat sementara E Ink boleh lambat
- 60fps bukan target utama pada awalnya; cukup jika performanya memadai untuk laptop, dan jika tidak mencapai 60fps maka 15fps pun dianggap target yang layak
Kecepatan dan kualitas dari pembaruan tingkat piksel
- Kontroler E Ink yang ada menggunakan timer pembaruan global yang menunggu pembaruan sebelumnya selesai sebelum menyegarkan layar
- Pembaruan konvensional memakan waktu sekitar 100 md, sehingga dalam kasus terburuk gambar baru harus menunggu 100 md bahkan sebelum mulai diproses
- Jika timer dipercepat, frame rate naik, tetapi partikel E Ink tidak punya cukup waktu untuk bereaksi sehingga gambar terlihat seperti tercuci
- Pendekatan lama menciptakan kompromi antara refresh rate dan rasio kontras, dan beberapa kontroler meredakannya dengan memperbarui 4 hingga 16 area secara independen
- Metode mitigasi berbasis area mengharuskan perangkat lunak mengelola area tersebut secara langsung, dan tetap memiliki keterbatasan
- Pendekatan pembaruan per piksel memperlakukan semua piksel seperti area pembaruan independen, sehingga piksel yang berubah langsung mulai diperbarui tanpa menunggu
- Metode ini memungkinkan frame rate tinggi dan kontras tinggi sekaligus, menghapus kompromi kecepatan dan kualitas yang ada sebelumnya
- Kekurangannya adalah bandwidth memori; pada panel 13 inci yang menampilkan citra hitam-putih, kontroler lama membutuhkan 20MB per detik sedangkan metode ini membutuhkan 540MB per detik
- Karena kebutuhan bandwidth yang tinggi, dibutuhkan DDR3 alih-alih SDRAM dasar, dan DisplayPort alih-alih USB, sehingga biaya meningkat
- Untuk membaca buku konfigurasi ini tidak perlu, tetapi untuk penggunaan sebagai monitor perbedaannya sangat besar
Kualitas tampilan: dithering dan grayscale hibrida
- Proyek ini kemudian bergeser ke arah membuat monitor yang bagus lebih dulu daripada laptop, lalu dikerjakan selama beberapa tahun di waktu luang
- E Ink tidak dapat menghasilkan grayscale tanpa kedipan, sehingga dithering menjadi wajib
- Algoritme dithering yang diimplementasikan ada tiga: Bayer dithering, blue noise, dan error diffusion
- Bayer dithering cepat tetapi menghasilkan pola yang terlihat jelas, blue noise memberi tampilan yang lebih baik, dan error diffusion menghasilkan kualitas terbaik tetapi sulit diskalakan ke resolusi tinggi
- Dithering bekerja, tetapi tidak bisa melampaui grayscale yang sesungguhnya; satu-satunya pengecualian adalah grayscale berbasis kedipan
- Monitor yang ada biasanya menerapkan mode kedip lambat atau melewati grayscale sepenuhnya
- Pendekatan hibrida berpindah ke mode biner cepat saat gambar berubah, lalu merender ulang dalam grayscale ketika tampilan sudah stabil sejenak
- Metode ini sangat cocok untuk membaca tetapi kurang sesuai untuk penggunaan lain, dan berkat kontroler buatan sendiri sistem ini bisa dioptimalkan sesuai use case tanpa terikat preset mode
Iterasi perangkat keras dan proses menjadi produk
- Prototipe pertama menggunakan DisplayPort ukuran penuh, lalu beralih ke USB Type-C yang juga membawa DisplayPort
- Setelah IC manajemen daya terintegrasi dihentikan produksinya, desain harus diubah ke konverter DC-DC terpisah
- Untuk melindungi layar dari peristiwa latch-up yang tak terduga, pemantauan penuh tegangan dan arus ditambahkan ke papan
- Setiap perubahan membutuhkan revisi PCB baru, dan setiap revisi membawa pelajaran baru
- Saat desain casing pertama dari vendor eksternal tiba, perangkat ini mulai terlihat seperti produk nyata alih-alih PCB terbuka di atas meja
- Perangkat ini didemokan di Hackaday Supercon, LatchUp, dan acara Teardown dari Supply, dan orang-orang ingin produk ini benar-benar dirilis
- Karena teknologinya berjalan, ada permintaan, dan desainnya sudah ada, pekerjaan tetap pun ditinggalkan untuk dorongan terakhir
- Rencananya adalah fokus selama beberapa bulan untuk mematangkan desain, memproduksi, dan mengirimkannya
Desain ulang total, masalah pemasok, dan fitur akhir
- Tepat setelah beralih penuh waktu, E Ink mengumumkan panel baru dengan resolusi lebih tinggi, spesifikasi lebih baik, dan harga lebih rendah
- Panel baru itu bisa menghasilkan produk yang lebih baik, tetapi resolusi yang lebih tinggi menuntut IC decoder bandwidth tinggi, memori DDR bandwidth tinggi, FPGA baru, dan catu daya dengan arus lebih besar
- Perubahan ini pada dasarnya mengubah hampir seluruh papan dan menyebabkan penundaan setidaknya setengah tahun
- Pada produk akhir, pendekatannya berubah dari mendesain papan lebih dulu lalu menyesuaikan casing, menjadi menentukan form factor lebih dulu—termasuk sasis, dimensi presisi, dan titik pemasangan—baru kemudian menyesuaikan papan
- Pendekatan baru ini membuat keseluruhan desain lebih optimal dan konsisten, tetapi tetap membutuhkan satu revisi besar lagi
- Prototipe rakitan penuh dipamerkan di Design Shenzhen, tetapi masih terlalu tidak stabil untuk dikirim karena glitch acak, putusnya video, dan kegagalan inisialisasi
- Pemasok chip decoder video menolak membantu meski ada NDA dan kontrak layanan, dan sejak awal tidak menyediakan kode driver
- Untuk mendapatkan source code agar chip bisa digunakan harus membayar biaya tambahan, tetapi kodenya tidak berfungsi, dan untuk kode yang berfungsi mereka meminta uang lagi
- Setelah itu dipilih pemasok lain, dan pemasok baru jauh lebih baik untuk diajak bekerja sama, tetapi chip mereka belum tersedia saat proyek ini dimulai
- Kemudian dukungan layar sentuh ditambahkan, yang membutuhkan integrasi kontroler sentuh baru, penulisan driver, dan proses kalibrasi
- Ditambahkan juga frontlight tanpa kedipan, pembatas frame rate yang berguna untuk ketajaman, mode daya rendah untuk menghemat daya saat tidak ada sambungan listrik, serta on-screen display untuk mengendalikan fitur-fitur ini
- Masing-masing fitur tampak sederhana jika dijelaskan dalam satu kalimat, tetapi butuh berminggu-minggu untuk menerapkannya dengan benar, dan tenggat terus bergeser
- Setelah bekerja penuh waktu, waktu yang dihabiskan justru lebih banyak daripada saat masih bekerja kantoran, batas antara malam dan akhir pekan memudar, dan waktu untuk bermain game maupun bersantai berkurang
- Jika diputuskan sendiri, sesuatu bisa langsung dijalankan; jika masalah diselesaikan, hasilnya tetap terselesaikan; dan tidak perlu meyakinkan orang lain untuk mengimplementasikan fitur
- Setelah 4 tahun, hasilnya adalah monitor 13,3 inci dengan hingga 60fps, latensi sangat rendah, beberapa mode tampilan, layar sentuh, frontlight, dan opsi warna
- Desain perangkat keras, gateware FPGA, dan firmware semuanya dirilis sebagai open source, sehingga siapa pun juga bisa membuatnya sendiri
1 komentar
Komentar di Lobste.rs
Saya bertemu Alex di FOSDEM tahun ini dan melihat demo ini, kelihatannya cukup bagus
Masih prototipe dan casing-nya juga belum selesai, jadi saya belum sepenuhnya yakin, tapi potensinya terlihat besar, dan pembelian e-ink saya berikutnya kemungkinan akan jadi produk modos
Saya punya development kit yang saya terima saat kampanye Crowd Supply dulu, jadi kalau ada yang penasaran boleh tanya
Saya juga penasaran bagaimana kontrasnya di bawah sinar matahari terang, dan apakah pernah ada masalah di sisi perangkat lunak
Ini display yang sangat keren. Akan bagus kalau dipakai di laptop atau tablet, tapi saya kurang yakin seberapa berguna kalau hanya sebagai display eksternal kecil saja
Penjelasan bahwa “saat bepergian, Flow bisa dijalankan hingga 40Hz hanya dengan satu kabel USB Type-C, dan di meja kerja bisa memakai daya tambahan untuk memanfaatkan refresh rate penuh 60Hz” terdengar agak aneh
Saya tidak menemukan angka konsumsi dayanya, tapi satu kabel USB-C saja bisa memberi daya ke seluruh laptop kelas atas, jadi rasanya aneh kalau satu display bisa makan daya lebih besar dari itu
Monitor desktop dengan input AC/DC bisa mengeluarkan PD seperti 60W atau 100W, tapi laptop saya tidak mengeluarkan PD
Saya punya kamera yang hanya bisa diisi lewat PD, dan meskipun bisa terhubung ke laptop lewat USB-C, laptop itu tidak bisa mengisi dayanya karena butuh sekitar 25W atau 30W
Meski begitu, monitor portabel lain yang saya punya di rumah bisa berjalan hanya dengan USB-C dari laptop. E-ink tampaknya memerlukan tegangan lebih tinggi dari 5V untuk menghapus sel, jadi pada 60Hz mungkin konsumsi dayanya jadi terlalu besar karena step-up itu
Ini agak sulit dipercaya. Sepemahaman saya, frame rate rendah pada dasarnya adalah batasan perangkat lunak, bukan batasan perangkat keras, jadi kenapa ini belum lebih luas diadopsi?
Juga tidak banyak alasan untuk memasukkan controller yang lebih mahal yang sebenarnya tidak dibutuhkan pelanggan, dan jika e-ink didorong lebih keras, umur pakainya berkurang sehingga proposisi nilainya berubah
Display e-ink pada dasarnya memang mahal karena biaya paten dan desain mekanis yang rumit. Ibaratnya, Anda bisa saja membuat Toyota Corolla melaju 150 mil per jam, tapi Anda harus mengubah elemen interior demi kenyamanan dan melepas beberapa fitur keselamatan, dan komponen yang bergerak bisa rusak bahkan hanya setelah satu putaran
Pada akhirnya, ungkapan “semua hardware adalah algoritma, jadi semuanya berawal dari software” memang ada benarnya, tapi dalam kasus e-ink, pasar controller-nya belum pernah menyamai pasar matang seperti controller DVI atau VGA yang sudah berkembang selama puluhan tahun
Karena pekerjaan Alex bersifat open source, saya rasa dalam waktu yang tidak terlalu lama ada kemungkinan ini bisa direproduksi dalam skala besar
Jelas ada permintaan untuk layar reflektif dengan refresh rate tinggi dan kontras tinggi. Tapi saya penasaran kenapa sebagian besar pendekatannya berupa “mari pakai atau modifikasi e-paper biasa dengan segala cara”
Kenapa para produsen tidak membuat panel LCD reflektif berukuran di atas 6 inci dengan pendekatan seperti lini Memory Display milik Sharp?
Sebagai tambahan, saya juga berharap industri elektronik membuat display electrowetting yang bisa dibeli