OPPO推出自研6nm NPU芯片 头部手机厂商开启底层技术赛跑

 环亚国际娱乐app下载     |      2021-12-22 17:18
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这场自研芯片的赛跑中,谁能更早接下被苹果带走的高端份额,也将在随后的发展中逐渐有答案。

随着手机市场走过高速成长期进入发展瓶颈期,行业整体进入白热化竞争阶段,头部手机厂商也开始加速构建自身底层技术能力的壁垒。

12月14日举行的第三届OPPO未来科技大会2021期间,OPPO正式发布了自研的6nm影像专用NPU芯片,宣告头部手机巨头全面进入芯片底层能力的赛跑中。

其中,华为无疑是相对早且深入构建自身芯片团队的厂商,小米也较早提到要自研SoC。但囿于芯片技术十分考验资金和研发团队的能力积淀,目前大部分厂商还是选择从针对手机核心功能的关键芯片研发着手,也即与影像能力密切相关的芯片。

OPPO芯片产品高级总监姜波在接受21世纪经济报道等记者采访时指出,“我们通过马里亚纳MariSilicon X这颗影像专用NPU,实现了传感器和芯片处理的协同,也就是达成了OPPO自研算法与OPPO自研芯片的深度耦合;同时作为终端厂商,覆盖到整个影像链从传感器定制到传感器接收处理,再到图像处理链条的优化,让算法在NPU上做到性能最大化和最优化,是非常深入的垂直整合,相信这也是OPPO作为手机终端厂商可以达到的差异化能力。”

据透露,该款芯片从立项至今,经历了近两年时间,姜波本人也大约在2019年加入OPPO,可见这与此前的公开表态基本属于同步。

宏观来说,手机厂商针对关键场景进行芯片自研,的确会带来手机内部更强的运行协同,这也是向高端化发展过程中,其构建真正自身核心竞争力的关键所在。同时值得期待的是,随着部分厂商开始推出高制程自研芯片,其进一步深耕底层能力的野心也在逐渐显露。这场自研芯片的赛跑中,谁能更早接下被苹果带走的高端份额,也将在随后的发展中逐渐有答案。

自研NPU意味着什么

面向影像系统能力提升而针对性研发芯片已经成为行业共识,只是不同于目前一些采取自研ISP(图像信号处理器)抑或是与老牌镜头厂商合作的形式,w66利来官网app下载,OPPO此番自研的NPU芯片,走的是对自身影像综合能力进行垂直整合的路线。

姜波介绍道,此前针对影像,OPPO已经有较多探讨,包括推出十倍混合光变、定制四合一等产品。“但我们确实也发现,没有自己的基础硬件能力会有一些应用限制。”他指出,通用芯片无法满足AI对计算影像在算力和能效上的需求,这就需要自研影像专用NPU来最大化解决算力和能效问题,这是OPPO首个自研芯片选择影像NPU路线的原因。

举例来说,定制化传感器有时需要与SoC做相应配合,但SoC的研发周期较长,传感器的迭代周期却很短,从中较难进行平衡;而目前市面上现有的传感器产品,如果针对SoC做链路优化增强处理,就意味着会对研发体系做较大调整,相应也增加不少成本。

“进一步看,算法与芯片的结合,软件和硬件的结合,在相当长时间里,都会在计算的影像中起到关键作用。但假如算法和芯片本身不能相互做到完全开放和紧密耦合,就无法发挥出最大效益。”姜波介绍道。

这里提到的NPU芯片,全称是“嵌入式神经网络处理器”,其特点是擅长处理视频、图像类海量多媒体数据,也被业内认为是专为人工智能而设计,核心是解决传统芯片在神经网络运算时效率低下的问题。

因此这与部分厂商此前发布的影像ISP并不相同。姜波向记者介绍,只有通过影像专用NPU,才能解决目前ISP和通用算力不足的难题,这是未来影像发展的主流方向。马里亚纳MariSilicon X的AI能力是传统ISP所不具备的。

据悉,这款自研NPU芯片对包括原始影像、存储和运算能力、能耗、传感器定制等方面综合进行了优化,其结果是对视频尤其是夜间拍摄等能力带来提升。

“拥有马里亚纳MariSilicon X这颗芯片以后,我们第一次把4K、20bit RAW、AI、Ultra HDR集成在一起,也是第一次在安卓终端上体现除了计算摄影的能力跃迁,相信整个行业都会朝着这个方向发展。”谈及此,姜波十分兴奋。

走向垂直整合的必然

而无论是ISP还是专用NPU,综合看国产头部手机厂商的动态都显示出,构建垂直整合能力在眼下显得尤为重要。

“在传统的生态合作里,有角色专门做算法,有角色专门做芯片。假设我做芯片,在算法、前端设计、后端设计分别找细分公司去做,进而搭出一个NPU当然也可以,但最终能耗和各项指标无法达到我们做芯片的目的。”他续称,OPPO作为垂直整合厂商发现计算影像是一个重要方向,但使用通用SoC时无法解决一些痛点,因此才有了自主打通这些环节,全面自研的选择。“真正的落地场景是马里亚纳MariSilicon X+SoC,达到更好的体验效果。”

这里提到不同的芯片角色,是因为即便只是芯片设计这一环节,将其中的工作进行细分也十分繁杂,需要包括IP定义和转化、前后端设计(包括逻辑设计到物理设计)、Mix Signal(混合信号处理)等诸多方面。据介绍,OPPO全面覆盖了这条完整的设计链条。

“我们也看过一些公共IP,但发现没有可以根据我们的场景和算法能够达到最优能耗效率,所以从头开始自研了NPU,也包括叫做MariNeuro的IP。”姜波进一步表示。

据介绍,MariNeuro和MariLumi是OPPO此次研发的两个核心IP。“包括内存架构等其他IP,甚至还有ARM的CPU,这些都是我们来设计的。按照行业细分来看,所有IP都自己去做并不现实,我们有一个大原则是,如果有一些IP本身是可以使用并满足要求的,那会非常开放去用;但如果用第三方但达不到能耗效率,就需要自研。”他如此解释道。

其中核心也与OPPO选择的工艺路线有关,据了解,目前市面上还没有6nm独立NPU的参考设计,开发生态更难,因此OPPO也只能选择将核心IP自研的方式探索。而由于NPU本身具备的AI能力可以不断被训练,后续也可以对影像功能进一步拓展。

由此,马里亚纳MariSilicon X和骁龙8系列SoC芯片将成为未来OPPO旗下旗舰手机的左右脑。据称,这将会被首先搭载在2022年一季度Find X系列高端旗舰机型中商用。

四巨头差异化芯片路

考虑到自主研发芯片能够带来的巨大发展裨益,这已经成为主流头部厂商共同选择的道路,只是基于起点和路径选择的不同,各自之间的芯片能力呈现出差异化竞跑态势。

华为和苹果无疑是典型受益于自研核心芯片的手机厂商。虽然近些年来,苹果一直被外界质疑创新力缺失,但随着其M系列和A系列芯片的持续迭代,助推在华为短暂缺失国内5G市场发展的窗口期,苹果迅速拿下了不少高端市场份额。

调研机构Counterpoint Research统计显示,今年10月,苹果在中国市场的销量环比增长46%,以22%的市场份额登顶。该机构称,这是自2015年12月以来苹果再次成为中国智能手机市场的第一名。

当然,换个角度来看,手机消费愈发走向更高价位段也是这两年来的核心发展趋势。这就意味着,倘若能够从底层能力上构建独特的差异化壁垒,在充分竞争的中国手机市场,其他品牌依然有可能越过苹果,实现真正向高端市场的渗透。

目前来看,国内四大头部厂商中,华为无疑是最早开启探索、护城河最为稳固的厂商。旗下海思半导体于2004年成立,覆盖的业务范畴涵盖手机处理器芯片、基带芯片、基站芯片、服务器芯片等诸多品类。

其他头部终端大厂这些年来在加速跟进。小米旗下松果电子在2014年成立,多年来其对研发手机处理器SoC芯片的目标从未改变,当然目前更多推出的产品是基于图像能力的ISP芯片。

从官宣时间点来看,vivo是在今年较早宣布推出自研ISP芯片的厂商,其首款产品尚未完成完全的自主设计流程。据vivo执行副总裁胡柏山此前介绍,彼时vivo在芯片方面的能力,主要覆盖在软性算法到IP转化、芯片设计两部分,后者的能力还在持续强化过程中,并未真正有商用落地的产品。当然据悉,在后续的第二代产品,或许将有望搭载具备vivo自主设计能力的芯片。vivo定义的边界是,不涉及芯片生产制造,而目前阶段其也没有提出对于SoC研发的计划和目标。

OPPO看起来是自2019年正式启动项目,不过已经具备了自主芯片设计能力,并深入到对IP能力的积累,进程不可谓不快。这一定程度源于其这些年来的大手笔投入,包括对马里亚纳团队的构建以及研发预算供给等。2019年的未来科技大会期间,OPPO创始人陈明永曾宣布,未来三年将投入500亿研发预算,其中核心就提到了对底层硬件核心技术能力方向的投入。

此前OPPO其实已经具备一定的芯片级能力,在2019年,OPPO副总裁、研究院院长刘畅曾经向21世纪经济报道记者表示,芯片产品距离用户端较远,但芯片合作伙伴的设计和定义工作又离不开对用户需求的迁移,这中间就需要手机厂商发挥作用。而相对于芯片厂商的平衡,终端厂商做芯片可以实现“饱和”攻击,为了用户体验“堆料”,不仅仅是为追求利润最大化的考虑。

国产高端手机谁将接棒

核心底层能力的构建以及品牌的建立都非一日之功,目前除华为之外另外三家厂商都还处于积累阶段,这后续必然仍将走在一条漫长的耕耘道路中。

其中艰辛也在于,芯片并不是一个一旦投入就一定会有正向回报的产品体系,往往前期耗资巨大,越是走向先进的工艺制程,对于研发芯片所需要耗费的资金也将呈现几何级增长,而正式流片实验前,没人知道这是否会成功,一旦失败就需要推倒重来。

而目前全国能设计并量产商用6nm芯片的厂商仅4家,即华为海思、OPPO、联发科和阿里。还有其他厂商今年内有宣布即将量产,不过还未真正推出商用产品。

选择一入场就走6nm高制程工艺,显然是一个看起来“险”的路。据记者了解,6nm是先进制程和成熟制程工艺的分水岭,一般来说,6nm的流片费用是12nm费用的2-3倍,大约在千万美元量级。同时,6nm和以下先进制程目前只能采用EUV(极深紫外线)光刻工艺,这也是难度最高的工艺级别,目前仅ASML具备设备供应能力,而成熟制程目前多采用DUV(深紫外线)光刻工艺。

对此,姜波介绍道,在最开始进行路线选择时,马里亚纳团队对各种工艺制程曾进行过评估。“比如做12nm芯片的研发周期、所需基础IP和相关接口的可获取性等都要相对轻松。坦白说在6nm工艺层面,我们整个设计团队要一起克服很多困难。”据悉,6nm的研发周期一般会比成熟制程大约长6-9个月。

而依然选择6nm制程,他续称,是因为在进行芯片开发之前,马里亚纳团队进行了大量仿真,最终结论是,即便有自研IP的投入,但是倘若采用12nm工艺,也很难达到终端对能耗的机制要求。“因为有了6nm这个制程,我们可以很好支撑同级最好的能效比,包括在RAW上的复杂算法处理。如果做完12nm工艺之后发现,还不如以前用5nm SoC做出来的整体使用效果,那加上这一颗芯片也没有意义。”姜波坦言,如果做出来没有达到如标杆手机厂商那般的使用效果,这颗芯片就失去了最初研发的意义。

这就意味着,进入6nm制程的OPPO可能进入了台积电的战略客户名单,这也将为OPPO在接下来进一步为手机核心性能进行定制化能力扩围打开想象空间,尤其在更高阶制程产品方面。

在手机消费不断升级的今天,厂商们正在努力摆脱既往更多是基于供应链方案进行创新的发展模式,走向了产业链间竞合甚至整合、技术能力不断下沉的探索阶段。同时伴随而来的,是手机品牌们在近些年间的迅速缩减。随着底层实力比拼的扩大化,手机市场的马太效应之争或许也将进一步蔓延。

(作者:骆轶琪 编辑:包芳鸣)

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