vivo自研芯片，打的什么算盤(pán)？

在各種各樣需求的推動(dòng)下，系統廠(chǎng)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(fǎng)的時(shí)候指出：“越來(lái)越多的公司希望定制芯片以滿(mǎn)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?！薄斑@使他們能夠更好地控制軟件和硬件的集成，同時(shí)將他們與競爭對手區分開(kāi)來(lái)，”Alam 補充道。

此外，在分析人士看來(lái)，自研芯片甚至在功耗和成本上，也能給系統廠(chǎng)商帶來(lái)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(lái)越多的系統廠(chǎng)商投入了自研芯片的陣營(yíng)。同樣的情況也發(fā)生在了為半導體市場(chǎng)貢獻了半壁江山的智能手機市場(chǎng)。以蘋(píng)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爭優(yōu)勢。

本土手機巨頭vivo也正在通過(guò)自研芯片，向技術(shù)深水區前進(jìn)。近日，vivo在影像戰略發(fā)布會(huì )上宣布要在下一代自研芯片設計中升級全新的架構——從傳統ISP架構升級為AI ISP架構。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，現在也的確到了他們開(kāi)始深入思考未來(lái)如何突破了，因為單純從手機出貨量來(lái)說(shuō)，他們已經(jīng)稱(chēng)霸國內市場(chǎng)。根據市場(chǎng)分析機構canalys的數據顯示，今年第三季度，vivo以1410萬(wàn)臺的出貨量數據蟬聯(lián)國內市場(chǎng)出貨量首位，市場(chǎng)份額高達20%，進(jìn)一步拉開(kāi)與第二名的差距。

從他們的表現看來(lái)，能獲得如此優(yōu)異的市場(chǎng)成績(jì)，和vivo以及iQOO在今年第二季度主推的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品有著(zhù)莫大的關(guān)系。除了選用了領(lǐng)先的主芯片外，公司在外觀(guān)、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發(fā)力，也讓公司在競爭激烈的智能手機市場(chǎng)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(zhuān)業(yè)影像芯片。

如vivo影像算法總監杜元甲在產(chǎn)品介紹會(huì )上所說(shuō)，公司之所以會(huì )在這方面發(fā)力，是因為看到了消費者不但要手機能夠在常規場(chǎng)景下拍出好照片，同時(shí)還希望它們能夠在暗光和運動(dòng)場(chǎng)景等一些高挑戰性場(chǎng)景中拍出好照片，這無(wú)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(gè)移動(dòng)設備，功耗限制又是一個(gè)不能避免的話(huà)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)出了獨立影像ISP vivo V1。

所謂ISP，是Image Signal Processor 的簡(jiǎn)稱(chēng)，也就是大家所熟悉的圖像信號處理器。據介紹，ISP的主要作用一般是用來(lái)處理Image Sensor（圖像傳感器）的輸出數據，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主控廠(chǎng)商集成到其SoC上去。但近年來(lái)，因為對圖像處理要求的提升，廠(chǎng)商又有了將其拆分出來(lái)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(kāi)發(fā)的，服務(wù)高速計算成像的專(zhuān)業(yè)影像芯片，是一顆全定制的特殊規格集成電路芯片?！倍旁讖娬{。

據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)化了數據在芯片內部的儲存架構和高度讀寫(xiě)電路，實(shí)現等效 32MB 的超大緩存，而當時(shí)旗艦級桌面電腦處理器的緩存數量級為 16MB 和 24MB。V1 的讀寫(xiě)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計，再配合vivo的自研算法，加上與全球頂尖影像大廠(chǎng)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(chǎng)的高度認可。

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的更多應用場(chǎng)景，并在夜景成像質(zhì)量方面有著(zhù)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)去幾年的科技界評選幾個(gè)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(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。

據相關(guān)資料顯示，為了“看得清”圖像傳感器輸入的原始數據，傳統ISP中需要集成近百種的數字信號算法。而為了適配不同的攝像頭和鏡頭，則需要對數千個(gè)參數進(jìn)行調整，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)同調試，才能保證ISP能夠高效地工作。這種復雜的流程無(wú)疑會(huì )給開(kāi)發(fā)者帶來(lái)巨大的挑戰。

于是，擁有“學(xué)習”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也就應運而生。

正如半導體行業(yè)觀(guān)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)景識別、人臉檢測、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ISP做相應的調整，來(lái)和人工智能做整合。例如，為了滿(mǎn)足ISP的相關(guān)需求，需要有一個(gè)能高效處理人工智能計算的相應模塊（AI引擎）來(lái)滿(mǎn)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 )新首先體現在其自研的AI計算單元上。據vivo介紹，在這個(gè)AI ISP上集成了vivo自研的AI計算單元，帶來(lái)了超高的能效比；

不同于行業(yè)常用的NPU，vivo在A(yíng)I計算單元上選擇了更適合做復雜成像運算的DLA加速器，AI算法是由數據驅動(dòng)的。因為在運算過(guò)程中，需要大量的數據比較、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。

針對這個(gè)問(wèn)題，vivo為其DLA加速器內嵌了專(zhuān)用的片上SRAM，這是AI ISP架構設計上的另一個(gè)亮點(diǎn)。并且，又因為搭載了共享自研內存單元上的系統緩存，這就大幅減少了數據訪(fǎng)問(wèn)延遲。

按照vivo所說(shuō)，行業(yè)常用的DDR架構內存單元是采用片外存儲形式，這種設計存在延遲高、功耗高的弊端，限制了數據吞吐速率，進(jìn)而限制了視頻類(lèi)數據的推理運算效率。但vivo在內存單元設計中堅持使用昂貴的DDR-Less片內近存運算架構，配合硬化在片上的超大SRAM，實(shí)現了運算快、延時(shí)低的特征，其峰值數據吞吐速率達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)合定制設計，vivo實(shí)現了軟硬協(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到每瓦16.3 萬(wàn)億次運算（Tops/w），這個(gè)數據也讓vivo的AI ISP架構達到了行業(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(lái)全新的算法效果。

據介紹，結合新的硬件能力，vivo把V1+的NR算法升級，帶來(lái)了AI-NR 更好的夜景畫(huà)面細節，提升了20%的夜景降噪效果；通過(guò)HDR影調融合（Tone mapping）算法，配合電影級的3DLUTs色彩風(fēng)格，vivo可以滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)用戶(hù)的?級整體調色、?級局部調色的需求。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，對比上一代機型，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，得益于軟硬件升級和調試優(yōu)化，視頻的畫(huà)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(lái)更多的可能，這也勢必能讓vivo繼續在雙芯聯(lián)調和自研芯片領(lǐng)域仍然保持著(zhù)領(lǐng)導者地位。

往技術(shù)深水區走去

在V1發(fā)布之后，vivo在芯片方面實(shí)現了零的突破；從V1到V1+，夯實(shí)了vivo在芯片領(lǐng)域的實(shí)力?，F在，基于全新AI ISP架構的下一代自研專(zhuān)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，擁有了繼續往技術(shù)深水區前進(jìn)的底氣。

從國內幾大手機的布局看來(lái)，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(shí)，企業(yè)緊靠品牌是很難贏(yíng)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投入，并協(xié)同發(fā)展企業(yè)旗下的各項業(yè)務(wù)，是確保企業(yè)能夠繼續勝出的保證。

vivo X系列產(chǎn)品經(jīng)理楊青在今年四月接受媒體采訪(fǎng)的時(shí)候也表示：“目前vivo的資源主要布局在算法、IP轉化和芯片架構的設計上，而比如在IC線(xiàn)路設計、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(zhuān)業(yè)和優(yōu)勢，合理分工協(xié)作?！?/p>

vivo執行副總裁、首席運營(yíng)官胡柏山則強調，從整體來(lái)看，vivo對于研發(fā)的邏輯基于四個(gè)賽道：設計（包括外觀(guān)、交互等）、影像（拍攝、視頻等）、系統（包含底層系統和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(zhuān)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，這也勢必給其旗下的智能手機帶來(lái)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。