發(fā)布首個自研NPU芯片,與ISP有何區(qū)別?
2021年12月14日舉行的2021 OPPO未來科技大會上,OPPO面向未來十年宣布品牌“煥新”,并亮出了技術與產品的“創(chuàng)新肌肉”。
在OPPO之前,已有多家手機廠商推出了自研ISP影像芯片,高通在最新發(fā)布的新驍龍8處理器也重點提升了ISP性能,甚至改變了命名方式。
馬里亞納MariSilicon X立項于2019年。OPPO芯片產品高級總監(jiān)姜波本人是芯片行業(yè)“老兵”,之前也是OPPO的核心芯片供應商(高通)的從業(yè)人員。在回憶來OPPO從事芯片之初時,姜波有兩個很深的印象:一是當時春筍(OPPO深圳辦公大廈)中有一個辦公室貼了一張A4打印室,上面寫著“馬里亞納”四個字,團隊還剛剛搭建。另一個就是這幫人都堅信“OPPO既然打算做芯片,就一定會將影像這條賽道做到極致”。
也就是說,OPPO從做芯片之初,就堅定將“影像”能力進階作為自己未來十年的重點投入的長技術賽道。
馬里亞納MariSilicon是OPPO首顆自研芯片,也是全球第一顆6nm影像專用NPU芯片。其具備四大技術突破:
第一,強勁的AI計算性能與領先能效。
馬里亞納MariSilicon X集成了自研的MariNeuro AI計算單元,提供高達18TOPS的最大有效算力(iPhone 13 Pro Max搭載的蘋果A15 Bionic芯片AI算力為15.8TOPS)。AI算力強勁同時,業(yè)界領先的11.6TOPS/W的能效表現(xiàn)也同樣重要,這依賴于OPPO自研芯片與AI算法的高效融合與軟件一體優(yōu)化。
例如在運行OPPO自研的AI降噪算法時,馬里亞納MariSilicon X能夠以4K的規(guī)格,實現(xiàn)40fps的處理速度,相比于此前Find X3 Pro通用NPU支持的2fps速度,實現(xiàn)了20倍的性能躍升,同時功耗降低超過50%,體現(xiàn)了越專用越高效的優(yōu)勢。
馬里亞納MariSilicon X還采用了雙層存儲架構,其集成的片上內存子系統(tǒng),可提供高達每秒萬億比特的超大吞吐量,保障海量的AI數(shù)據在計算時無需離開AI計算單元,避免內外部數(shù)據交換帶來的讀寫功耗。此外,馬里亞納MariSilicon X還配備了獨立DDR帶寬,傳輸速度高達8.5GB/秒,為芯片內各個計算單元提供獨立帶寬,讓超強算力不會被讀寫速度所限制。獨立DDR帶寬的加入,也為手機系統(tǒng)總帶寬帶來了17%的增量。
第二,行業(yè)領先的影像性能。
馬里亞納MariSilicon X集成了自研的MariLumi影像處理單元,支持最高20bit的處理位寬,并支持驚人的20bit Ultra HDR,是目前旗艦平臺HDR能力的4倍。在即時呈現(xiàn)出的畫面中,最亮與最暗之處的亮度對比極值達到100萬比1,幾乎與人眼真實的感受無異,實現(xiàn)了手機影像的、HDR性能新突破。
第三,20bit實時RAW計算,計算影像無損處理的新范式。
馬里亞納MariSilicon X的強大性能幫助OPPO重塑無損影像鏈路,將傳統(tǒng)鏈路只能在后端完成的AI計算推向了擁有最多原始信息的最前端——RAW域,為計算攝影的未來發(fā)展帶來革新。
傳統(tǒng)計算攝影的視頻處理基本是在影像鏈路的最末端,即YUV域執(zhí)行,但鏈路中的多次轉換會導致圖像數(shù)據丟失了大量的信息和細節(jié),這也導致傳統(tǒng)計算攝影只能對有損的信息進行處理,無法實現(xiàn)最佳的效果。
馬里亞納MariSilicon X引領性地將復雜的AI算法以及20bit HDR融合全部前置到RAW域進行,讓AI計算不再受限于信息量的損耗,為整個影像鏈路輸出高質量的圖像數(shù)據。與傳統(tǒng)后端計算相比,馬里亞納MariSilicon X的實時RAW計算能夠帶來8dB的圖像信噪比提升。
第四,專屬的RGBW Pro模式,實現(xiàn)傳感器能力的最大化。
擁有馬里亞納MariSilicon X之后,OPPO第一次完成了影像垂直鏈路整合,RGBW Pro模式就是最好的例證。通過雙通路設計,馬里亞納MariSilicon X首次實現(xiàn)了對RGB和W像素的分隔處理,最大化利用每一種像素特性,釋放出RGBW陣列的全部潛力。馬里亞納MariSilicon X的RGBW Pro模式帶來了8.6dB的信噪比提升,以及1.7倍的解析力提升,在傳感器尺寸規(guī)格都沒有變化的前提下實現(xiàn)大幅的影像效果增強。
在四項前沿技術突破的加持下,馬里亞納MariSilicon X以同時支持4K+20bit RAW計算+AI+Ultra HDR的全新規(guī)格,為計算影像樹立了全新標準,讓安卓AI視頻,首次擁有了4K表現(xiàn);也讓4K視頻,第一次擁有了AI能力。
以上四點,實際上也是OPPO將馬里亞納MariSilicon X定義為“自研NPU影像芯片”,而不是其他廠商所推出的“自研ISP芯片”的重要原因。
姜波對《壹觀察》表示:馬里亞納MariSilicon X的主要設計目標,是聚焦通過NPU去解決釋放計算影像潛力這一主要問題。OPPO認為未來手機影像最重要的創(chuàng)新方向就是計算影像,而計算影像的上限又是AI算力。如今手機照片的計算影像各家企業(yè)實際上做的都不錯,但針對影像的專用AI算力各家差異很大,導致在夜景拍攝等極限場景的“所見即所得”與視頻拍攝過程中的體驗扔不夠好,這就是OPPO決定投入巨大資源打造像專用NPU芯片的重要原因。
對于與ISP的區(qū)別,整個影像單元其實功能非常多,ISP往往只能解決一部分問題,并且ISP封裝之后很難再通過算法進行性能提升。而“自研NPU影像芯片”可以很好地完整解決這兩大問題。
手機廠商究竟要不要自己做芯片?
手機廠商要不要自研芯片?一個觀點是,芯片產業(yè)已有非常成熟的解決方案,自研模式投入周期長、風險高。
高通產品管理副總裁Judd Heape12月初在驍龍技術峰會上談到,手機廠商在如今打造的ISP芯片特性,后續(xù)將會被集成在驍龍旗艦主芯片中,取代目前額外增加硬件的方式。高通全球CEO安蒙在接受《財經》記者專訪時評論稱,手機廠商的專長在于打造完整的手機終端交付體驗,如果芯片與終端兩頭兼顧,要耗費不小的精力。
但從另一個角度來看,全球高端手機廠商,蘋果、華為、三星無一不具有自主研發(fā)的芯片實力。蘋果手機的創(chuàng)新力近年來屢遭詬病,但其在A系列芯片的發(fā)布依然備受矚目,并被認為是蘋果手機能保持強有力競爭優(yōu)勢的關鍵。華為更是依靠對麒麟芯片的長期投入,打造了與其他手機品牌不同的差異化能力與影像護城河。
更重要的是,如果沒有自研能力,在外部形式充滿不確定的情況下,誰也無法絕對保證不會發(fā)生類似華為芯片“卡脖子”之痛。即使退一萬步來講不談供應鏈風險,公開市場的通用SoC芯片產品,無法做到對特定品牌、特定人群與特定機型進行精準優(yōu)化。手機企業(yè)一是很難打造差異化產品,二是很難將自身用戶需求進行底層精準定義與功能創(chuàng)新。導致的結果,就是產品高度同質化,再加上某些手機品牌熱衷于“搶首發(fā)”從而導致行業(yè)不斷催生“內卷”。
OPPO創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官陳明永在今年OPPO未來科技大會上的表態(tài)也正面回答了這一問題:科技公司必通過關鍵技術解決關鍵問題,如果沒有底層核心技術,就不可能擁有未來。而沒有底層核心技術的旗艦產品,更是空中樓閣。
陳明永強調稱:“OPPO會持續(xù)投入資源,用幾千人的團隊,腳踏實地地做自研芯片”。
《壹觀察》了解到,為了開發(fā)馬里亞納MariSilicon X,OPPO組建的芯片研發(fā)團隊高達2000人(不排除同時有研發(fā)其他芯片),其中很多核心人員都是來自于一線的半導體大廠。
OPPO擁有“馬里亞納”意味著什么?
從馬里亞納MariSilicon X這顆NPU芯片本身定位來看,很有意思。
首先,其定位從設計之初到如今量產都非常堅定:打破手機影像如今的天花板。
姜波對此表示:OPPO智能手機業(yè)務此前10來年的發(fā)展歷程中,已經在影像領域有大量的積累,且在長期采用第三方通用平臺的過程中,也有很多AI與CV(計算機視覺)算法的經驗,當業(yè)界都公認計算影像是未來10年影像領域的發(fā)展方向時,如何更好地凝聚這些積累并繼續(xù)演進就成為關鍵,這也是OPPO打算自研影像處理芯片的初衷。
手握“馬里亞納”的OPPO也在本屆未來科技大會上公開宣布:MariSilicon X這顆NPU芯片不僅是過去十年的總結,也是OPPO未來十年影像的新開篇之作。
第二,首款自研芯片即挑戰(zhàn)6nm制程,并且一次流片成功。
6nm制程已經與如今主流的智能手機5G SoC,如高通驍龍778G/778G+,聯(lián)發(fā)科天璣1200/1100處于同一梯隊,并且還“擠進”了臺積電產能排期。
國外媒體曾報道過一個數(shù)據:28nm節(jié)點的芯片開發(fā)成本約為5130萬美元;16nm節(jié)點則需要1億美元;7nm節(jié)點需要2.97億美元;5nm節(jié)點,開發(fā)芯片的費用將達到5.42億美元;3nm的開發(fā)費用有可能超過10億美元。
考慮到這是數(shù)年前的數(shù)據,再加上MariSilicon X并不是一款SoC芯片,其開發(fā)費用可能并沒有那么高,但業(yè)界估計也需要到1億美元以上級別。而從2018年INNO DAY上OPPO創(chuàng)始人陳明永宣布2019年“研發(fā)投入100億人民幣”,再到短短一年后的INNO DAY上“3年500億人民幣”的迅速攀升,還有很大一部分比例都為芯片研發(fā)業(yè)務所占據。
同時越先進的制程工藝,往往意味著設計的難度越高,可以用到的第三方的成熟IP也就越少,面臨的“流片”風險也就越大。
姜波在與《壹觀察》對話中也透露稱:采用6nm制程工藝的MariSilicon X不僅一次流片成功,而且測試表現(xiàn)也完全達到了開發(fā)團隊的預期,從前期研發(fā)到后期流片的所有投入都算是扎扎實實落了地。這一方面可以說是“極其幸運”,但更說明了OPPO如今這個芯片團隊的技術能力與成熟度。與之對比的是,某國產手機品牌在2019年的第二代芯片打造中“流片失敗五次,資金就燒了幾十億”,可謂教訓慘痛。
姜波認為手機企業(yè)做芯片必須掌握三個關鍵要素:時間、投入、人才,而后者更為重要。OPPO在芯片領域是一個“后來者”,同時切入角度比較陡峭,對標的芯片技術含量比較高,從客觀上來講難度是非常大的。但OPPO不同團隊之間協(xié)同性非常好,比如芯片與影像打通,算法與硬件的協(xié)同都極其高效與流暢,對MariSilicon X芯片在短短不到三年就取得技術突破、流片成功與產品量產可以說同樣至關重要。
第三,MariSilicon X芯片已經量產,將于2022年一季度的新一代Find X系列上首發(fā)搭載上市。
也就是說,新一代Find X系列將會是OPPO近年來在手機影像上的一次重要突破。這點還要考慮另外一個變量,也就是一加在回歸OPPO之后,哈蘇戰(zhàn)略合作帶來的光學、算法與調教的明顯提升。開啟“雙芯時代”的OPPO,由此也將真正踏上未來十年影像的新開篇。
OPPO新品牌主張:微笑前行
在此次大會上,OPPO正式升級了全新品牌主張——微笑前行。
陳明永在大會上表示,“微笑前行”,源自OPPO本分價值觀,也來自OPPO打造首款笑臉手機以來一直堅持的“為用戶創(chuàng)造驚喜感”的產品思維。
陳明永表示,社會上有很多奮發(fā)向上的平凡個體,他們是這個時代的爬坡者。“微笑前行”,代表著OPPO與所有爬坡者的共同行動。OPPO作為微笑前行的爬坡者,未來希望通過科技創(chuàng)新,推動行業(yè)與社會發(fā)展。讓每一位爬坡者在前行路上,有伙伴、有力量。即使置身風雨,也能心向光明,微笑前行。
2020-2021年對于OPPO來說是充滿挑戰(zhàn)的一個周期,包括重新梳理產品線、調整組織架構、優(yōu)化渠道體系,提出“科技為人,以善天下”品牌信仰,并明確“3+N+X”的科技躍遷戰(zhàn)略。
2021年底舉行的OPPO未來科技大會,更像是對OPPO技術、產品與新品牌理念的一次“檢閱”。除了發(fā)布馬里亞納MariSilicon X芯片之外,OPPO還推出了其第三代AR眼鏡:OPPO Air Glass,已經具備量產能力,并具備高攜帶性與較強的實用性。其首款折疊屏手機——OPPO Find N系列也于12月15日正式發(fā)布,成為OPPO展示產品創(chuàng)新實力與沖擊期間的新利器。
面向未來十年,OPPO的定位是“微笑前行的爬坡者”,這說明OPPO選擇的是一條充滿挑戰(zhàn),但樂于拼搏之路。就像陳明永所說:“堅持做正確的事情,對的路,就不怕遠,不怕難”,“未來的OPPO一定會有更多原創(chuàng)技術如繁星般涌現(xiàn)”。
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