国产手机厂商自研芯片2.0:走出差异化道路

21世纪经济报道记者骆轶琪 广州报道

时近年末,各大手机厂商已经悉数发布今年的自研芯片进展,从中可以看出,厂商之间正走出不同的道路。

2021年对于国内手机厂商来说,算是对底层能力“亮牌”的一年。除此前已经陆续有芯片量产的华为和小米外,头部国产厂商悉数发布了旗下自研芯片,并陆续最迟在第二年开始落地商用。到2022年,新一代自研芯片也次第上场。

12月14日举行的INNODAY未来科技大会期间,OPPO发布了第二款自研芯片马里亚纳Y旗舰蓝牙音频SoC芯片,显示出其团队首次具备计算+连接能力的蓝牙SoC平台设计能力;第一代自研芯片则是影像NPU马里亚纳 X。从演进路线看,是在走团队能力不断“拼图”的道路。

vivo的自研芯片迭代较快,去年发布V1影像ISP芯片后,陆续迭代出V1+、V2两款芯片,都是瞄准影像市场,呈现出相对聚焦的纵向发展路线。

当然,这都只是目前呈现在眼前、接近商用市场的部分,在更前端的能力积累和整体芯片部署路线图,还难以一窥全貌。

总体来看,手机厂商的自研芯片之路,都是朝向让手机使用感和性能表现更为优异而去,苹果是典型通过自研芯片站稳高端市场的代表。但自研芯片又是一条耗资巨大、失败率不低的路途,这就导致了厂商之间发展路径的差异。

在智能硬件行业,无论是偏上游的芯片产业链,还是偏后端的手机产业链,从来都是一个多家公司相互能力配合、共同推进产品能力提升的庞大产业闭环。当行业各环节开始走向各自能力的深度融合,甚至开始进一步刺向最底层的能力挖掘,无论具体路径如何,都会是好的开始。

从影像到音频

智能手机行业“卷”到今天,影像能力是竞跑最为激烈的细分应用体验之一。也由此,头部厂商率先迈步的都少不了自研影像芯片。

2021年vivo发布的V1,OPPO发布的马里亚纳X都属于此。当然考虑到计算能力、芯片路线定位等差异,各自采用的具体芯片定义有所不同。

此次OPPO发布的第二颗芯定位蓝牙市场,OPPO芯片产品高级总监姜波介绍,这是因为关注到,小尺寸终端对高算力、低能耗的要求较高,也希望为多媒体演进带来先进体验,同时优化跨端通讯的使用体验。

姜波告诉21世纪经济报道记者,马里亚纳 Y是一个完整的SoC系统架构,是一个完整、复杂度很高的系统,包括CPU、总线、I/O接口、NPU、DSP、射频等。

“对于自研芯片,OPPO还是聚焦在自己差异化的IP上。”他进一步介绍,这颗芯片的关键点是蓝牙自研模块,此前标准蓝牙SIG组织并没有进行标准定义、端到端通信也没有清晰标准,因此OPPO针对性定义标准,在此基础上要与低速蓝牙兼容。“从架构设计、协议定义到在N6RF工艺上实现,是我们认为差异化的地方。此外,在这颗蓝牙音频SoC上我们用了大量SRAM,声音分离技术的实现,必须要有相当大投入的SRAM资源才能把算法做好,再加上NPU的算力。”他续称,因此近两年发布的两款芯片NPU处理也有较大不同。

很明显,OPPO是在横向不断补全芯片设计相关能力,且每次都是瞄准细分芯片领域内先进的制程工艺。

前一代马里亚纳X推出后,令OPPO成为中国大陆第四家具备6nm芯片设计能力的企业。这一代马里亚纳Y采用N6RF工艺制程,是台积电发布至今才一年多,研发端介入时还不能算十分成熟的工艺阶段,该工艺此前仅苹果具备芯片设计能力。

受访时姜波介绍,此前发布的MariSilicon X,是通过AI和多媒体结合,实现差异化技术的突破。在此基础上,OPPO自研了NPU、ISP,并将二者结合起来,通过先进工艺制程,达到影像计算加速的结果。MariSilicon Y是在短距连接上的一次探索,核心问题除高清无损传输外,也包括针对音频进行算力的加持。

“二者的相同点在于。无论手机还是耳机,对于功耗的要求,比HPC、汽车等芯片的要求更严苛,如何做到性能好的情况下功耗更低,是二者相通的部分。但两颗芯片研发的前端同事是完全分开的,射频芯片和逻辑芯片的设计也是完全不同的能力;后端几乎是相同的团队。”

至于具体难度的差异化所在,姜波表示,NPU协处理器的影像调试很有挑战,需要和主处理器做诸多协同,从软件到固件、再到硬件垂直整合。MariSilicon Y的难度则在于这颗芯片是一个完整系统,本身就需要考虑很多协同。MariSilicon X在2019年开始酝酿,2020年初确定立项,2021年对外发布;MariSilicon Y是在2021年初立项,如今发布。

“OPPO的芯片研发有延续性,持续探索AI和多媒体结合的方向。根据芯片难度不同,研发时间也会有差异,如果要做更复杂的芯片,会需要更长时间。”他续称。

vivo目前为止发布的商用芯片均为ISP,也被定为“协处理器”,在持续对垂直领域进行能力迭代。

vivo执行副总裁、首席运营官胡柏山此前则明确表示,由于已经有产业链厂商做得很好,vivo在芯片领域不做SoC。

“但这不代表我们对SoC没有掌控力。我们可以认为,SoC由两部分构成:一部分是公共架构,如Arm等;另一部分是闭环生态,影像就是典型,好处是不需要太多人参与就可以把整个生态做好。”他分析道,因此在公共部分,举例来说未来投入百人左右,就可以把各个产业链(如IP厂商Arm、SoC厂商联发科等)拉通。但专用部分芯片是考验各家能力的时候,需要大资源投入。“对于公共部分我们少投,但专用部分多投,把资源聚焦。

据他介绍,芯片在不同阶段的目标不同。“比如现在我们的协处理器里有很多显示的插帧、超分、影像降噪。协处理器不需要用最先进一代半导体支撑,灵活度比主SoC高很多,所以我认为成熟、靠谱后,就可以搬到主SoC里,新的特性以及算法转化部分又可以放到外部,各自发挥特长。所以V系列芯片一直会存在,无非是不同阶段承载的核心内容有所区别。”

他介绍,vivo已经在与MediaTek深度合作,开始准备把算法IP往SoC里搬,而且给出的条件很优惠。“V系列芯片从用户认知、到算法、再到IP,是快速小闭环的过程。大芯片的SoC有自己的特点,它有两个驱动,CPU/GPU+高速通信存储和先进制程。所以我们在闭环系统里的合作会更加深入,也会支撑联发科新一代往前跑,再加上外环的协处理器,形成大规模芯片层面支撑游戏、影像等的模式,我认为这是全产业链价值最大化的模式。

自研芯路途

自研芯片无疑耗资巨大,仅仅流片一个环节就是以亿级为单位,再叠加终端大厂近些年来持续在人员方面的投入,以及芯片设计进程中需要引入的EDA、IP等上游工具,虽未具体披露过,但也足可想见。

“坦白说,从成本层面衡量,使用第三方的芯片方案更划算,但如果想要提供给用户更高价值,就需要付出更高的成本。”姜波指出,同样考虑到马里亚纳Y的成本,目前并未准备提供给外部第三方使用。

“自研芯片并不意味着能比较好地降低成本,因为芯片需要规模效应。MariSilicon自研芯片并不是为了降低成本,更多是希望找到用户价值点。这是做加法和做减法的差异,我们希望做更多的加法、找到更多价值点,而不是做一个成本更低的来替代现有产品。”他续称。

而在高投入研发的进程中,要实现一定程度的成本下降,一条核心路径就是:芯片应用下沉。因此在发布首款芯片之后,厂商之间都进行了积极的芯片商用。

OPPO旗下马里亚纳X芯片,已商用于Find X5系列、Reno8系列、Reno9系列,截至目前出货超一千万颗。15日发布的新款折叠屏Find N2系列同样搭载了该款芯片,并匹配哈苏影像能力。

vivo旗下多款迭代的V系列芯片,率先商用在高端X系列之后,也开始迅速导入到定价平行的子品牌iQOO旗舰机型中。

比如近日发布的iQOO 11系列搭载了新款V2芯片,据称通过19 种影像算法硬化、重塑芯片结构和DLA 芯片加速器三大技术进行能力优化,V2结合软件算法提升极夜场景效果、夜景视频等。

“从用户的需求和痛点出发,Hi-Fi音频的极限是192khz/24bit,或早或晚会在无线设备达成,这是必然趋势,也是目前第三方技术无法实现的。另外,在公司万物互融的路上,需要有自己的连接能力,对芯片来说就是射频能力,因此需要自研芯片实现。”姜波如此总结新一代芯片的推出动力。

OPPO创始人陈明永近日曾在内部坦言,“OPPO投入做芯片的初心有两点:一是为用户提供更好的体验,二是要有自己的技术护城河。我们酝酿了很久,也深知这条路非常不易,可能真的要十年才能磨一剑。但我们绝非一时兴起,其中的风雨挫折都已考虑在内。”他指出,保持长期乐观和短期谨慎。无论未来出现什么情况,OPPO做芯片这件事都很有意义。

“我们还在路上。”姜波也坦言,如果没有自己的IP,是不太可能做出先进芯片的。从去年的NPU、IPS,到今天的蓝牙,都是在储备基础IP、积累能力的路上。同时,因为OPPO希望使用最先进的制程工艺,这意味着很难在最新的工艺节点上购买外部IP。因此自身团队要有能力在最新工艺节点上做定制化IP,后端团队也要真正打磨芯片,把功耗和性能做到更好的程度。

“OPPO自研芯片团队目前成立3年多时间,我认为目前的进度做得非常不错。当然,自研芯片需要放在一个更长期的时间去考量,我们目前还是处于爬坡过程。”他续称。

“没有一家厂家可以从头干到尾。解决方案是,我们清楚左边用户的需求,清楚他的核心场景,然后找最志同道合的伙伴、资源,志同道合比能力更重要,朝着同一个方向前进。”胡柏山如此指出。

长期来看,这必然将是一个投入巨大的工程,也面对较大的内外部投入风险。因此常常有人在问:什么时候手机厂商能设计主SoC,自己完成流片能力,甚至提出厂商应该投身最难攻坚的光刻机等领域。

目前为止,芯片产业链还没有一家公司能够实现所有产业链环节的能力都全盘掌控,发展至今的半导体行业,依然呈现出清晰的产业分工发展模式。

至于更集成化的能力以及对国内产业的助力。无论是否终端厂商有这个目标,目前阶段各家一步一步的迭代和能力积累,又何尝不是在为更深入的芯片设计能力做积蓄。而尤其是在对先进工艺制程能力的积累,也何尝没可能进一步反哺国内半导体产业生态。

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