手机厂商都在自研芯片,“影像芯片”将成为新赛道?

路科验证 2022-04-25 12:09


4月20日,vivo举办了“vivo双芯影像技术沟通会”,推出自研芯片v1+,并宣布将于4月25日发布搭载全新自研芯片v1+的旗舰手机X80系列。

之前我们有聊到,出于差异化竞争与供应链安全等因素,互联网大厂纷纷跨界加入芯片研发大军。无独有偶,为了保持行业竞争力,手机厂商在芯片自研上也不甘落后,都早已做好战略布局。说到手机芯片自研,相信所有人最先想到的是华为。其实除了华为,国内其他几个手机大厂如小米、vivo、OPPO,也先后热情高涨地开启了芯片自研之路。


01

华为——卧薪尝胆,麒麟一马当先

几年前的中美贸易战,美国对华为进行制裁,中止为华为供应关键软件和零部件。也许有人会以为华为是从那时候才开始自研手机芯片。其实早在上个世纪九十年,华为芯片事业就已经开始起步。1993年,华为依托国外EDA软件,成功开发出无阻塞时隙交换的SD5099,并用于自主研发的第一台数字程控交换机C&C08。2004年,华为成立海思半导体,以数字安防芯片起家。经过近三十年长足的探索与发展,华为目前已经有五大系列芯片,如下图所示。

其中麒麟芯片为手机SoC芯片,集成应用处理器与基带处理器,广泛应用于华为系列手机上。手机SoC(System on Chip)芯片由应用处理器(AP)与基带处理器(BP)组成。具体来说,手机SoC芯片应包括以下几个部分:中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、AI处理器(APU)、图像信号处理(ISP)、数字信号处理器(DSP)、基带/射频前端等。从技术上来看,SoC芯片研发的难点在于各个部分的集成与协同。目前,华为麒麟芯片主要高端旗舰型号包括麒麟9000、麒麟9000E、麒麟9000L、麒麟990 5G、麒麟990等。


02

小米——蛰伏多年,澎湃王者归来

早在2014年,小米就成立了松果电子研发手机SoC芯片。2017年2月,小米推出了搭载澎湃S1的小米5G手机,成为继华为之后第二个拥有自主研发手机SoC的手机厂商。澎湃S1采用了八核64位的设计,设计工艺为28nm,并且包括了4个2.2GHz主频A53内核以及4个1.4GHz主频A53内核,GPU则为四核Mali-T860。但是市场反响并不是很好,以至于在此后四年里,小米就再也没有推出任何一款搭载澎湃芯片的手机。

就当外界以为小米从此放弃了芯片澎湃,结果小米在去年第二场春季发布会上宣布澎湃芯片将再度回归,只是这次不是以SoC形式,而是一款ISP(图像信号处理)芯片,名为“澎湃C1”。澎湃C1拥有双滤波器配置,可以实现高低频信号并行处理,信号处理效率提升100%。配合自研算法,能将影像最基础、最重要的3A(即更好的自动对焦(AF)、更精准的白平衡(AWB)、更准确的自动曝光(AE))表现大幅提升。去年年底,小米宣布推出充电芯片澎湃P1,用于小米12 Pro。众所周知,目前的百瓦快充基本是由双电芯组成,而小米12 Pro内置澎湃P1之后,实现了120W单电芯,按照电池能量来说,单电芯要高于双电芯,同样体积保持更大电池容量。


03

vivo——V1/V1+,领跑影像芯片

与华为、小米不同的是,vivo目前并没有尝试过手机SoC芯片的研发,而是聚焦于影像芯片。在影像处理任务中,大量算力被浪费在调度等工作上。随着手机摄影对 AI 的依赖越来越大,算力成为了限制影像进步的瓶颈。而独立芯片可以在一定程度上解决算力瓶颈问题。

去年九月,搭载自研影像芯片V1的vivoX70系列正式发布。这颗国内首款专业影像芯片历时24个月研发,具有高性能、低功耗、低延时影像体验等特点。今年4月20日,双芯×影像技术沟通会上,vivo推出全新自研芯片V1+,并将应用于旗舰手机X80系列。V1+ 是一块将 3D 实时立体夜景降噪、MEMC 插帧和 AI 超分(AISR)三个手机影像上最消耗性能的算法,硬件化封装到了一块集成电路里的 ASIC 芯片中。
V1+ 性能相较 V1 有了大幅提升,它具备独立运行图像处理算法的能力,还突破性地在性能与显示领域实现了大规模应用,可以有效提升游戏与视频的视觉体验,应用范围更多,效率也更高。另外V1+ 还是一块高兼容性的芯片。vivo 表示,该芯片能在高通、联发科、三星等平台旗舰芯片上均实现适配。自此,vivo 成为了目前行业内唯一一家实现了自研芯片兼容多旗舰平台的移动终端厂商


04

OPPO:MariSilicon X,为影像而生

目前手机用户对于手机影像性能要求越来越高,手机厂商纷纷从影像相关芯片开始布局。小米与vivo自研的ISP结合自研的算法,获得了市场的关注与认可,取得了不错的效果。与小米、vivo不同,OPPO并没有选择自研ISP芯片,而是选择了难度更高的影像NPU。OPPO认为,未来计算影像将主导整个影像的技术发展,传统ISP解决不了暗光视频等需要AI才能解决的难题,而影像NPU完全有机会给出一个更好的解答。

2021年12月14日,在 “OPPO未来科技大会”会议上,OPPO正式发布了首款自研芯片——基于6nm工艺的马里亚纳MariSilicon X这个芯片由一个自研的影像处理单元MariLumi、一个自研的AI计算单元MariNeuro以及片上内存子系统等核心部分组成。据介绍,MariSilicon X是全球首款专为影像而生的专用NPU芯片,其AI算力高达18TOPs,超过苹果A15,能效比也达到了11.6TOPs/W。同时还支持高达20bit Ultra HDR及实时RAW计算,能最大程度发挥OPPO定制的RGBW传感器的能力,破解了传统手机影像的诸多难题。
值得一提的是, OPPO第一款自研NPU芯片,选择6nm先进制程工艺,1次试验流片费用就高达1个亿,具有高投入、高风险、高难度和高不确定性,不得不说这真的是一场豪赌。


05

写在最后

过去的2021,手机厂商造芯潮进行得如火如荼,显然现在的2022依旧方兴未艾。这年头,真的万事万物都在卷,谁能成为今年的“卷王”尚不得知,但如果手机厂商不去卷,就一定会被市场淘汰。所谓的自研芯片,表面上是差异化竞争、供应链安全问题,其实本质上是为避免被洗牌。OPPO创始人陈明永表示,“一个科技公司,如果没有底层核心技术,就不可能有未来。而没有底层核心技术的高端产品,更是空中楼阁。”能不能造好芯,将决定了一家终端企业是只能做原地踏步的零部件“组装厂”,还是可以成为拥有自主核心技术实力的硬科技企业。至于为什么手机大厂热衷于造影像芯片而不是SoC芯片,除了技术难度上的差异,也有专家表示强化影像已成为当前手机厂商走差异化竞争的核心竞争力,推出自研影像芯片无疑能让手机厂商如虎添翼。



路科验证 专注于数字芯片验证的系统思想和前沿工程领域。路桑是Intel资深验证专家,主持验证架构规划和方法学研究,担任过亿门级通信芯片的验证经理角色。在工程领域之外,他在西安电子科技大学和西安交通大学客座讲授芯片验证课程。著有书籍《芯片验证漫游指南》。
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