在各種各樣需求的推動下，系統(tǒng)廠商自研芯片已經(jīng)不是什么新鮮事了。
埃森哲全球半導體主管 Syed Alam在接受媒體采訪的時候指出：“越來越多的公司希望定制芯片以滿足其應用程序的特定要求，而不是使用與競爭對手相同的通用芯片。”“這使他們能夠更好地控制軟件和硬件的集成，同時將他們與競爭對手區(qū)分開來，”Alam 補充道。
此外，在分析人士看來，自研芯片甚至在功耗和成本上，也能給系統(tǒng)廠商帶來競爭對手所不具備的優(yōu)勢。
正是因為擁有如此多的優(yōu)勢，越來越多的系統(tǒng)廠商投入了自研芯片的陣營。同樣的情況也發(fā)生在了為半導體市場貢獻了半壁江山的智能手機市場。以蘋果為例，他們也正在通過越來越多的自研芯片打造自己的差異化競爭優(yōu)勢。
本土手機巨頭vivo也正在通過自研芯片，向技術(shù)深水區(qū)前進。近日，vivo在影像戰(zhàn)略發(fā)布會上宣布要在下一代自研芯片設(shè)計中升級全新的架構(gòu)——從傳統(tǒng)ISP架構(gòu)升級為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vivo而言，現(xiàn)在也的確到了他們開始深入思考未來如何突破了，因為單純從手機出貨量來說，他們已經(jīng)稱霸國內(nèi)市場。根據(jù)市場分析機構(gòu)canalys的數(shù)據(jù)顯示，今年第三季度，vivo以1410萬臺的出貨量數(shù)據(jù)蟬聯(lián)國內(nèi)市場出貨量首位，市場份額高達20%，進一步拉開與第二名的差距。
從他們的表現(xiàn)看來，能獲得如此優(yōu)異的市場成績，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，也讓公司在競爭激烈的智能手機市場屢創(chuàng)新高。
2021年九月，vivo首次對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)品介紹會上所說，公司之所以會在這方面發(fā)力，是因為看到了消費者不但要手機能夠在常規(guī)場景下拍出好照片，同時還希望它們能夠在暗光和運動場景等一些高挑戰(zhàn)性場景中拍出好照片，這無疑就給手機芯片的圖像處理能力和運算能力提出了更高需求。而作為一個移動設(shè)備，功耗限制又是一個不能避免的話題。
正是基于這樣的思考，vivo投入超 300人，耗時24 個月研發(fā)出了獨立影像ISP vivo V1。
所謂ISP，是Image Signal Processor 的簡稱，也就是大家所熟悉的圖像信號處理器。據(jù)介紹，ISP的主要作用一般是用來處理Image Sensor（圖像傳感器）的輸出數(shù)據(jù)，如做AEC（自動曝光控制）、AGC（自動增益控制）、AWB（自動白平衡）、色彩校正、Lens Shading、Gamma 校正、祛除壞點、Auto Black Level、Auto White Level等等功能的處理。
回顧智能手機上ISP的發(fā)展，在經(jīng)過產(chǎn)業(yè)的整合之后，基本上這個功能都被高通、聯(lián)發(fā)科和展銳這樣的手機主控廠商集成到其SoC上去。但近年來，因為對圖像處理要求的提升，廠商又有了將其拆分出來的趨勢，這正是vivo選擇從這條路切入的原因。
“V1 是由 vivo 主導開發(fā)的，服務高速計算成像的專業(yè)影像芯片，是一顆全定制的特殊規(guī)格集成電路芯片。”杜元甲強調(diào)。
據(jù)vivo介紹，V1 芯片擁有高算力、低時延、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)部的儲存架構(gòu)和高度讀寫電路，實現(xiàn)等效 32MB 的超大緩存，而當時旗艦級桌面電腦處理器的緩存數(shù)量級為 16MB 和 24MB。V1 的讀寫速度高到 35.84Gbps，擁有1080P 60PFS 的實時降噪插幀能力。
得益于這樣的硬件設(shè)計，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 X70在影像方面獲得了市場的高度認可。
時隔7個月后，vivo第二款自研芯片V1+發(fā)布，進一步拓展了包括游戲插幀在內(nèi)的更多應用場景，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產(chǎn)旗艦影像手機的標桿產(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自研芯片的又一個里程碑。
AI ISP帶來的跨越式革新
如果從過去幾年的科技界評選幾個熱詞，人工智能必然要占有一席之地。因為其多方面的優(yōu)勢，人工智能在過去幾年已經(jīng)改變了多個行業(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)字信號算法。而為了適配不同的攝像頭和鏡頭，則需要對數(shù)千個參數(shù)進行調(diào)整，這樣才能保證其通用性。與此同時，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。這種復雜的流程無疑會給開發(fā)者帶來巨大的挑戰(zhàn)。
于是，擁有“學習”能力的人工智能就成為了ISP開發(fā)者關(guān)注的方向，AI ISP也就應運而生。
正如半導體行業(yè)觀察在日前發(fā)布的文章《ISP的新方向！》中所說，將AI引入ISP，是夜視、場景識別、人臉檢測、超分辨等的最佳解決方案。文章進一步指出，為了在ISP中加入人工智能的元素，就需要對ISP做相應的調(diào)整，來和人工智能做整合。例如，為了滿足ISP的相關(guān)需求，需要有一個能高效處理人工智能計算的相應模塊（AI引擎）來滿足ISP的需求。當然，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計算單元上。據(jù)vivo介紹，在這個AI ISP上集成了vivo自研的AI計算單元，帶來了超高的能效比；
不同于行業(yè)常用的NPU，vivo在AI計算單元上選擇了更適合做復雜成像運算的DLA加速器，AI算法是由數(shù)據(jù)驅(qū)動的。因為在運算過程中，需要大量的數(shù)據(jù)比較、擬合，因此要想進?步突破能效比，就要解決延遲和功耗兩方面的問題。
針對這個問題，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)計上的另一個亮點。并且，又因為搭載了共享自研內(nèi)存單元上的系統(tǒng)緩存，這就大幅減少了數(shù)據(jù)訪問延遲。
按照vivo所說，行業(yè)常用的DDR架構(gòu)內(nèi)存單元是采用片外存儲形式，這種設(shè)計存在延遲高、功耗高的弊端，限制了數(shù)據(jù)吞吐速率，進而限制了視頻類數(shù)據(jù)的推理運算效率。但vivo在內(nèi)存單元設(shè)計中堅持使用昂貴的DDR-Less片內(nèi)近存運算架構(gòu)，配合硬化在片上的超大SRAM，實現(xiàn)了運算快、延時低的特征，其峰值數(shù)據(jù)吞吐速率達到了不可思議的每秒1.3萬億比特（bit/s）。
通過將算法和DLA聯(lián)合定制設(shè)計，vivo實現(xiàn)了軟硬協(xié)同優(yōu)化，在解決了功耗和延遲的同時，還讓DLA加速器的峰值能效比達到每瓦16.3 萬億次運算（Tops/w），這個數(shù)據(jù)也讓vivo的AI ISP架構(gòu)達到了行業(yè)的天花板水平。
得益于vivo在自研圖像處理單元上的升級，將為其下一代自研芯片帶來全新的算法效果。
據(jù)介紹，結(jié)合新的硬件能力，vivo把V1+的NR算法升級，帶來了AI-NR 更好的夜景畫面細節(jié)，提升了20%的夜景降噪效果；通過HDR影調(diào)融合（Tone mapping）算法，配合電影級的3DLUTs色彩風格，vivo可以滿足專業(yè)用戶的?級整體調(diào)色、?級局部調(diào)色的需求。在城市夜景下，動態(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?步改善了延遲問題，提升了效果。
發(fā)布會上，vivo介紹，從實際的視頻拍攝效果來看，基于新一代自研芯片拍攝的1080p 60幀（fps）夜景視頻，對比上一代機型，在感光能力和動態(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）甚至可以在露營的燈光下，拍到天空中的星點。
從上面的描述我們可以看到vivo自研芯片的實力，再疊加過去在雙芯聯(lián)調(diào)上積累的經(jīng)驗，必然讓vivo在智能手機新旗艦的打造上帶來更多的可能，這也勢必能讓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在芯片方面實現(xiàn)了零的突破；從V1到V1+，夯實了vivo在芯片領(lǐng)域的實力。現(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。這也讓他們在芯片行業(yè)扎下了根，擁有了繼續(xù)往技術(shù)深水區(qū)前進的底氣。
從國內(nèi)幾大手機的布局看來，發(fā)力自研芯片是vivo要走的必經(jīng)之路。因為如果在競爭對手都在打造自己的差異化優(yōu)勢的同時，企業(yè)緊靠品牌是很難贏得下一輪的技術(shù)競賽。尤其是在智能手機同質(zhì)化已經(jīng)高度同化的當下，vivo在這條自研賽道持續(xù)投入，并協(xié)同發(fā)展企業(yè)旗下的各項業(yè)務，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)理楊青在今年四月接受媒體采訪的時候也表示：“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)計上，而比如在IC線路設(shè)計、流片、生產(chǎn)等流程，會交托給合作伙伴，雙方利用各自的專業(yè)和優(yōu)勢，合理分工協(xié)作。”
vivo執(zhí)行副總裁、首席運營官胡柏山則強調(diào)，從整體來看，vivo對于研發(fā)的邏輯基于四個賽道：設(shè)計（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在一開始把芯片定義放在這兩個賽道的原因。
不過，在筆者看來，AI ISP也許僅僅是vivo下一代自研專業(yè)影像芯片V2的“開胃菜”，vivo必然能夠在芯片方面帶來更多的創(chuàng)新，這也勢必給其旗下的智能手機帶來一些獨特的領(lǐng)先優(yōu)勢。在智能手機缺乏吸引力的當下，vivo的這些投入值得消費者們期待。
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