在各種各樣需求的推動(dòng)下,,系統(tǒng)廠商自研芯片已經(jīng)不是什么新鮮事了。
埃森哲全球半導(dǎo)體主管 Syed Alam在接受媒體采訪的時(shí)候指出:“越來(lái)越多的公司希望定制芯片以滿足其應(yīng)用程序的特定要求,,而不是使用與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相同的通用芯片,。”“這使他們能夠更好地控制軟件和硬件的集成,,同時(shí)將他們與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手區(qū)分開(kāi)來(lái),,”Alam 補(bǔ)充道。
此外,,在分析人士看來(lái),,自研芯片甚至在功耗和成本上,也能給系統(tǒng)廠商帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手所不具備的優(yōu)勢(shì),。
正是因?yàn)閾碛腥绱硕嗟膬?yōu)勢(shì),,越來(lái)越多的系統(tǒng)廠商投入了自研芯片的陣營(yíng),。同樣的情況也發(fā)生在了為半導(dǎo)體市場(chǎng)貢獻(xiàn)了半壁江山的智能手機(jī)市場(chǎng)。以蘋果為例,,他們也正在通過(guò)越來(lái)越多的自研芯片打造自己的差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。
本土手機(jī)巨頭vivo也正在通過(guò)自研芯片,向技術(shù)深水區(qū)前進(jìn),。近日,,vivo在影像戰(zhàn)略發(fā)布會(huì)上宣布要在下一代自研芯片設(shè)計(jì)中升級(jí)全新的架構(gòu)——從傳統(tǒng)ISP架構(gòu)升級(jí)為AI ISP架構(gòu)。這是一次跨越式的技術(shù)革新,。
自研芯片背后的邏輯
對(duì)vivo而言,,現(xiàn)在也的確到了他們開(kāi)始深入思考未來(lái)如何突破了,因?yàn)閱渭儚氖謾C(jī)出貨量來(lái)說(shuō),,他們已經(jīng)稱霸國(guó)內(nèi)市場(chǎng),。根據(jù)市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)canalys的數(shù)據(jù)顯示,今年第三季度,,vivo以1410萬(wàn)臺(tái)的出貨量數(shù)據(jù)蟬聯(lián)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出貨量首位,,市場(chǎng)份額高達(dá)20%,進(jìn)一步拉開(kāi)與第二名的差距,。
從他們的表現(xiàn)看來(lái),能獲得如此優(yōu)異的市場(chǎng)成績(jī),,和vivo以及iQOO在今年第二季度主推的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品有著莫大的關(guān)系,。除了選用了領(lǐng)先的主芯片外,公司在外觀,、拍照和軟件優(yōu)化方面的投入也不遺余力,。此外,vivo在自研芯片上的持續(xù)發(fā)力,,也讓公司在競(jìng)爭(zhēng)激烈的智能手機(jī)市場(chǎng)屢創(chuàng)新高,。
2021年九月,vivo首次對(duì)外披露了公司的首顆自研專業(yè)影像芯片,。
如vivo影像算法總監(jiān)杜元甲在產(chǎn)品介紹會(huì)上所說(shuō),,公司之所以會(huì)在這方面發(fā)力,是因?yàn)榭吹搅讼M(fèi)者不但要手機(jī)能夠在常規(guī)場(chǎng)景下拍出好照片,,同時(shí)還希望它們能夠在暗光和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景等一些高挑戰(zhàn)性場(chǎng)景中拍出好照片,,這無(wú)疑就給手機(jī)芯片的圖像處理能力和運(yùn)算能力提出了更高需求。而作為一個(gè)移動(dòng)設(shè)備,,功耗限制又是一個(gè)不能避免的話題,。
正是基于這樣的思考,vivo投入超 300人,,耗時(shí)24 個(gè)月研發(fā)出了獨(dú)立影像ISP vivo V1,。
所謂ISP,,是Image Signal Processor 的簡(jiǎn)稱,也就是大家所熟悉的圖像信號(hào)處理器,。據(jù)介紹,,ISP的主要作用一般是用來(lái)處理Image Sensor(圖像傳感器)的輸出數(shù)據(jù),如做AEC(自動(dòng)曝光控制),、AGC(自動(dòng)增益控制),、AWB(自動(dòng)白平衡)、色彩校正,、Lens Shading,、Gamma 校正、祛除壞點(diǎn),、Auto Black Level,、Auto White Level等等功能的處理。
回顧智能手機(jī)上ISP的發(fā)展,,在經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)的整合之后,,基本上這個(gè)功能都被高通、聯(lián)發(fā)科和展銳這樣的手機(jī)主控廠商集成到其SoC上去,。但近年來(lái),,因?yàn)閷?duì)圖像處理要求的提升,廠商又有了將其拆分出來(lái)的趨勢(shì),,這正是vivo選擇從這條路切入的原因,。
“V1 是由 vivo 主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的,服務(wù)高速計(jì)算成像的專業(yè)影像芯片,,是一顆全定制的特殊規(guī)格集成電路芯片,。”杜元甲強(qiáng)調(diào),。
據(jù)vivo介紹,,V1 芯片擁有高算力、低時(shí)延,、低功耗的特性,,其創(chuàng)新之處在于優(yōu)化了數(shù)據(jù)在芯片內(nèi)部的儲(chǔ)存架構(gòu)和高度讀寫電路,實(shí)現(xiàn)等效 32MB 的超大緩存,,而當(dāng)時(shí)旗艦級(jí)桌面電腦處理器的緩存數(shù)量級(jí)為 16MB 和 24MB,。V1 的讀寫速度高到 35.84Gbps,擁有1080P 60PFS 的實(shí)時(shí)降噪插幀能力,。
得益于這樣的硬件設(shè)計(jì),,再配合vivo的自研算法,加上與全球頂尖影像大廠蔡司等行業(yè)領(lǐng)先巨頭的攜手,,搭配自研影像芯片V1的旗艦手機(jī) X70在影像方面獲得了市場(chǎng)的高度認(rèn)可,。
時(shí)隔7個(gè)月后,,vivo第二款自研芯片V1+發(fā)布,進(jìn)一步拓展了包括游戲插幀在內(nèi)的更多應(yīng)用場(chǎng)景,,并在夜景成像質(zhì)量方面有著大幅提升,。搭載V1+的X80系列截至目前仍然是國(guó)產(chǎn)旗艦影像手機(jī)的標(biāo)桿產(chǎn)品。
如今,,vivo基于全新的AI ISP架構(gòu)打造下一代芯片已經(jīng)就位,,這也將成為vivo自研芯片的又一個(gè)里程碑。
AI ISP帶來(lái)的跨越式革新
如果從過(guò)去幾年的科技界評(píng)選幾個(gè)熱詞,,人工智能必然要占有一席之地,。因?yàn)槠涠喾矫娴膬?yōu)勢(shì),人工智能在過(guò)去幾年已經(jīng)改變了多個(gè)行業(yè),,就連ISP領(lǐng)域也不例外,。
據(jù)相關(guān)資料顯示,為了“看得清”圖像傳感器輸入的原始數(shù)據(jù),,傳統(tǒng)ISP中需要集成近百種的數(shù)字信號(hào)算法,。而為了適配不同的攝像頭和鏡頭,則需要對(duì)數(shù)千個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,,這樣才能保證其通用性,。與此同時(shí),我們還需要做不同算法的協(xié)同調(diào)試,,才能保證ISP能夠高效地工作,。這種復(fù)雜的流程無(wú)疑會(huì)給開(kāi)發(fā)者帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。
于是,,擁有“學(xué)習(xí)”能力的人工智能就成為了ISP開(kāi)發(fā)者關(guān)注的方向,,AI ISP也就應(yīng)運(yùn)而生,。
正如半導(dǎo)體行業(yè)觀察在日前發(fā)布的文章《ISP的新方向,!》中所說(shuō),將AI引入ISP,,是夜視,、場(chǎng)景識(shí)別、人臉檢測(cè),、超分辨等的最佳解決方案,。文章進(jìn)一步指出,為了在ISP中加入人工智能的元素,,就需要對(duì)ISP做相應(yīng)的調(diào)整,,來(lái)和人工智能做整合。例如,,為了滿足ISP的相關(guān)需求,,需要有一個(gè)能高效處理人工智能計(jì)算的相應(yīng)模塊(AI引擎)來(lái)滿足ISP的需求,。當(dāng)然,延遲和功耗也要同步關(guān)注,。
vivo新一代的AI ISP 架構(gòu)也正是在這樣的思路指導(dǎo)下誕生,。這一跨越式的技術(shù)創(chuàng)新首先體現(xiàn)在其自研的AI計(jì)算單元上。據(jù)vivo介紹,,在這個(gè)AI ISP上集成了vivo自研的AI計(jì)算單元,,帶來(lái)了超高的能效比;
不同于行業(yè)常用的NPU,,vivo在AI計(jì)算單元上選擇了更適合做復(fù)雜成像運(yùn)算的DLA加速器,,AI算法是由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的。因?yàn)樵谶\(yùn)算過(guò)程中,,需要大量的數(shù)據(jù)比較,、擬合,因此要想進(jìn)?步突破能效比,,就要解決延遲和功耗兩方面的問(wèn)題,。
針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,vivo為其DLA加速器內(nèi)嵌了專用的片上SRAM,,這是AI ISP架構(gòu)設(shè)計(jì)上的另一個(gè)亮點(diǎn),。并且,又因?yàn)榇钶d了共享自研內(nèi)存單元上的系統(tǒng)緩存,,這就大幅減少了數(shù)據(jù)訪問(wèn)延遲,。
按照vivo所說(shuō),行業(yè)常用的DDR架構(gòu)內(nèi)存單元是采用片外存儲(chǔ)形式,,這種設(shè)計(jì)存在延遲高,、功耗高的弊端,限制了數(shù)據(jù)吞吐速率,,進(jìn)而限制了視頻類數(shù)據(jù)的推理運(yùn)算效率,。但vivo在內(nèi)存單元設(shè)計(jì)中堅(jiān)持使用昂貴的DDR-Less片內(nèi)近存運(yùn)算架構(gòu),配合硬化在片上的超大SRAM,,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)算快,、延時(shí)低的特征,其峰值數(shù)據(jù)吞吐速率達(dá)到了不可思議的每秒1.3萬(wàn)億比特(bit/s),。
通過(guò)將算法和DLA聯(lián)合定制設(shè)計(jì),,vivo實(shí)現(xiàn)了軟硬協(xié)同優(yōu)化,在解決了功耗和延遲的同時(shí),,還讓DLA加速器的峰值能效比達(dá)到每瓦16.3 萬(wàn)億次運(yùn)算(Tops/w),,這個(gè)數(shù)據(jù)也讓vivo的AI ISP架構(gòu)達(dá)到了行業(yè)的天花板水平。
得益于vivo在自研圖像處理單元上的升級(jí),,將為其下一代自研芯片帶來(lái)全新的算法效果,。
據(jù)介紹,,結(jié)合新的硬件能力,vivo把V1+的NR算法升級(jí),,帶來(lái)了AI-NR 更好的夜景畫面細(xì)節(jié),,提升了20%的夜景降噪效果;通過(guò)HDR影調(diào)融合(Tone mapping)算法,,配合電影級(jí)的3DLUTs色彩風(fēng)格,,vivo可以滿足專業(yè)用戶的?級(jí)整體調(diào)色、?級(jí)局部調(diào)色的需求,。在城市夜景下,,動(dòng)態(tài)范圍較之前,理論最大提升4EV,;基于新硬件的MEMC插幀算法則進(jìn)?步改善了延遲問(wèn)題,,提升了效果。
發(fā)布會(huì)上,,vivo介紹,,從實(shí)際的視頻拍攝效果來(lái)看,基于新一代自研芯片拍攝的1080p 60幀(fps)夜景視頻,,對(duì)比上一代機(jī)型,,在感光能力和動(dòng)態(tài)范圍方面都有全新驚喜。在極夜環(huán)境,,得益于軟硬件升級(jí)和調(diào)試優(yōu)化,,視頻的畫質(zhì)和亮度上都較上?代大幅提升。vivo透露,,基于全新的硬件,,vivo下一代旗艦影像產(chǎn)品(或許是傳聞中的X90系列)甚至可以在露營(yíng)的燈光下,拍到天空中的星點(diǎn),。
從上面的描述我們可以看到vivo自研芯片的實(shí)力,,再疊加過(guò)去在雙芯聯(lián)調(diào)上積累的經(jīng)驗(yàn),必然讓vivo在智能手機(jī)新旗艦的打造上帶來(lái)更多的可能,,這也勢(shì)必能讓vivo繼續(xù)在雙芯聯(lián)調(diào)和自研芯片領(lǐng)域仍然保持著領(lǐng)導(dǎo)者地位,。
往技術(shù)深水區(qū)走去
在V1發(fā)布之后,,vivo在芯片方面實(shí)現(xiàn)了零的突破,;從V1到V1+,夯實(shí)了vivo在芯片領(lǐng)域的實(shí)力?,F(xiàn)在,,基于全新AI ISP架構(gòu)的下一代自研專業(yè)影像芯片——或許就是V2,讓vivo完成了在芯片領(lǐng)域的又一次蛻變,。這也讓他們?cè)谛酒袠I(yè)扎下了根,,擁有了繼續(xù)往技術(shù)深水區(qū)前進(jìn)的底氣,。
從國(guó)內(nèi)幾大手機(jī)的布局看來(lái),發(fā)力自研芯片是vivo要走的必經(jīng)之路,。因?yàn)槿绻诟?jìng)爭(zhēng)對(duì)手都在打造自己的差異化優(yōu)勢(shì)的同時(shí),,企業(yè)緊靠品牌是很難贏得下一輪的技術(shù)競(jìng)賽。尤其是在智能手機(jī)同質(zhì)化已經(jīng)高度同化的當(dāng)下,,vivo在這條自研賽道持續(xù)投入,,并協(xié)同發(fā)展企業(yè)旗下的各項(xiàng)業(yè)務(wù),是確保企業(yè)能夠繼續(xù)勝出的保證,。
vivo X系列產(chǎn)品經(jīng)理?xiàng)钋嘣诮衲晁脑陆邮苊襟w采訪的時(shí)候也表示:“目前vivo的資源主要布局在算法,、IP轉(zhuǎn)化和芯片架構(gòu)的設(shè)計(jì)上,而比如在IC線路設(shè)計(jì),、流片,、生產(chǎn)等流程,會(huì)交托給合作伙伴,,雙方利用各自的專業(yè)和優(yōu)勢(shì),,合理分工協(xié)作?!?/p>
vivo執(zhí)行副總裁,、首席運(yùn)營(yíng)官胡柏山則強(qiáng)調(diào),從整體來(lái)看,,vivo對(duì)于研發(fā)的邏輯基于四個(gè)賽道:設(shè)計(jì)(包括外觀,、交互等)、影像(拍攝,、視頻等),、系統(tǒng)(包含底層系統(tǒng)和AI技術(shù)使用等)、性能(游戲等場(chǎng)景),。其中,,與芯片能力捆綁比較緊密的就屬影像和性能。這也是vivo在一開(kāi)始把芯片定義放在這兩個(gè)賽道的原因,。
不過(guò),,在筆者看來(lái),AI ISP也許僅僅是vivo下一代自研專業(yè)影像芯片V2的“開(kāi)胃菜”,,vivo必然能夠在芯片方面帶來(lái)更多的創(chuàng)新,,這也勢(shì)必給其旗下的智能手機(jī)帶來(lái)一些獨(dú)特的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。在智能手機(jī)缺乏吸引力的當(dāng)下,,vivo的這些投入值得消費(fèi)者們期待,。
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