芯耀
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不久前，我和vivo的三個(gè)專(zhuān)家聊了將近10個(gè)小時(shí)，整理了幾千字的筆記，主題只有一個(gè)：芯片。
7月30日，vivo三年來(lái)打造的第四個(gè)自研影像芯片——V3終于亮相。在芯片的制程工藝上，它是藍(lán)廠第一個(gè)6nm制程的自研芯片。在影像功能領(lǐng)域，V3讓手機(jī)拍攝4K電影人像視頻變成實(shí)打?qū)嵉墓δ?，同時(shí)在安卓平臺(tái)首次實(shí)現(xiàn)4K級(jí)的拍后編輯。用簡(jiǎn)單的話來(lái)概括，有了芯片V3，手機(jī)拍攝電影不再成技術(shù)上的問(wèn)題。
而這一切，vivo只用了三年。
vivo是怎么做到的？我準(zhǔn)備了五個(gè)問(wèn)題，跳過(guò)了vivo的市場(chǎng)和公關(guān)，找到了負(fù)責(zé)研發(fā)芯片和算法的一線專(zhuān)家，一起聊了聊vivo的“芯”路歷程。
問(wèn)題1：為何自研芯片，買(mǎi)現(xiàn)成的不香嗎？
五年前，手機(jī)廠商自研芯片可能還是“天方夜譚”，但現(xiàn)在卻幾乎成了各家手機(jī)大廠的共識(shí)。強(qiáng)大如蘋(píng)果和iPhone，也在始終堅(jiān)持自研芯片之路，即使在基帶芯片等領(lǐng)域的進(jìn)度不如人意，也絲毫沒(méi)有放棄默默前行的研發(fā)規(guī)劃。很好理解，只有自己擁有了技術(shù)，才不會(huì)受制于人。
不過(guò)對(duì)于vivo來(lái)說(shuō)，邏輯卻并沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。
手機(jī)廠商的核心訴求就是要賣(mài)出去更多的手機(jī)，為了賣(mài)更多的手機(jī)就需要有特別突出的優(yōu)勢(shì)，這就是對(duì)差異化的需求。但另一方面，現(xiàn)成的芯片并不是專(zhuān)門(mén)給你設(shè)計(jì)的，所以很可能解決不了你的痛點(diǎn)。這就好像我們買(mǎi)衣服的時(shí)候，雖然能買(mǎi)到大小號(hào)、穿起來(lái)可能也不錯(cuò)，但肯定不如量體裁衣來(lái)的合體和精確。
所以，當(dāng)需求和供給出現(xiàn)不匹配，問(wèn)題就來(lái)了。買(mǎi)大廠的soc是很香，但它們并不是針對(duì)4k電影人像、夜景增強(qiáng)和ai降噪這些功能研發(fā)的。那你肯定會(huì)說(shuō)，大家不都是靠軟件算法去實(shí)現(xiàn)這些功能的么？軟件能實(shí)現(xiàn)功能，但受到芯片硬件的制約，這樣性能和功耗就會(huì)很差。就好像你用王剛的大鍋寬油去做蛋糕，或許真能做出來(lái)，但肯定不如來(lái)個(gè)烤箱方便。
所以對(duì)于vivo來(lái)說(shuō)，自研芯片是一個(gè)很自然的選擇，買(mǎi)不如造，關(guān)鍵是造哪種芯片。
問(wèn)題2：為何做影像芯片，做SoC不牛嗎？
面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，vivo的專(zhuān)家回答地特別干脆：vivo目前不會(huì)去做大型SoC。
我的理解是這背后有兩個(gè)原因：一個(gè)是做SoC比較難，另外一個(gè)就是沒(méi)必要。說(shuō)白了，SoC并不是vivo造芯的差異化所在。
先說(shuō)技術(shù)難度，SoC或者AP芯片可以說(shuō)是手機(jī)芯片里皇冠上的明珠，它和影像或者音頻芯片不一樣，SoC是一種通用芯片，要適用于各種使用場(chǎng)景，這就對(duì)芯片設(shè)計(jì)能力和技術(shù)積累有非常高的要求，技術(shù)門(mén)檻很高，涉及到處理器架構(gòu)、性能和功耗的極致優(yōu)化等等。設(shè)計(jì)出來(lái)一個(gè)“能用”的SoC芯片只是萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步，還需要通過(guò)大量實(shí)際場(chǎng)景的測(cè)試和驗(yàn)證，不斷修復(fù)問(wèn)題，才能讓“能用”變成“好用”。
所以，放眼全球能做好手機(jī)SoC的公司也沒(méi)有幾個(gè)，用一只手就能數(shù)得過(guò)來(lái)。這些大廠能經(jīng)過(guò)大浪淘沙存活下來(lái)，都是經(jīng)歷了好幾代產(chǎn)品的不斷迭代，幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)臺(tái)手機(jī)的不斷反饋測(cè)試，才一點(diǎn)一點(diǎn)打磨出來(lái)的。要做出有差異化的SoC芯片，vivo或許可以做，但難度極高，付出的巨大成本也很難換得快速的回報(bào)。
不過(guò)除了技術(shù)上的難度，vivo不做大型SoC芯片的另外一個(gè)原因就是沒(méi)必要。vivo的優(yōu)勢(shì)有兩點(diǎn)，一個(gè)是作為整機(jī)廠商，離用戶最近，能最快聽(tīng)到用戶的需求和反饋。
這一點(diǎn)我自己也深有體會(huì)。我在大廠做研發(fā)的時(shí)候，就離一線用戶的反饋非常遠(yuǎn)。一個(gè)國(guó)內(nèi)大廠的需求要從國(guó)內(nèi)的FAE、一級(jí)級(jí)傳達(dá)到歐洲再到英國(guó)，更不用說(shuō)語(yǔ)言的障礙；當(dāng)我們拿到需求做了研發(fā)和優(yōu)化，還要再反向傳播回去。這樣反饋的鏈條一長(zhǎng)，最容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是研發(fā)出來(lái)一堆沒(méi)用的功能，白白錯(cuò)失了機(jī)會(huì)。
在訪談中我能感受到，vivo也很清楚的意識(shí)到了這個(gè)事情，從而把有限的資源和精力放在他們認(rèn)為最重要的地方上。比如他們根據(jù)自己用戶的對(duì)影像和游戲的需求做了很多自研算法和優(yōu)化，而這些都是通用SoC芯片廠家不會(huì)專(zhuān)門(mén)去做優(yōu)化的。于是vivo才決定做一顆SoC的外掛芯片，專(zhuān)門(mén)用來(lái)加速處理各種影像算法，比如插幀、多幀降噪、夜視增強(qiáng)等等。
和SoC芯片廠商合作，各自取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能更好的達(dá)到1+1=2甚至大于2的效果。就像開(kāi)黑的時(shí)候不能全都是輸出，要搭配輔助是一個(gè)道理。之前介紹過(guò)的vivo的v1+和聯(lián)發(fā)科天璣9000芯片的協(xié)同也是很好的例子。
一方面， SoC廠商能提供很多基礎(chǔ)應(yīng)用的需求，比如 Android 操作系統(tǒng)運(yùn)行，Panel-Touch 人機(jī)交互，應(yīng)用 App 中的亂序中斷處理等等，另一方面，vivo則從自身產(chǎn)品的需求場(chǎng)景出發(fā)，在算法、IP轉(zhuǎn)化和芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)上加大投入，讓自研芯片和SoC能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同互補(bǔ)，打造用戶所需的差異化體驗(yàn)。
問(wèn)題3：V系列三年四芯，到底提升了什么？
先說(shuō)結(jié)論：工藝、架構(gòu)、算法都在提升，不變的是對(duì)影像賽道的持續(xù)專(zhuān)注。
在手機(jī)領(lǐng)域vivo有四條細(xì)分長(zhǎng)賽道，分別是設(shè)計(jì)、影像、系統(tǒng)、性能，基本所有手機(jī)廠商都在這四條賽道里競(jìng)爭(zhēng)。但同時(shí)做好四條賽道的廠商太少了，這個(gè)時(shí)候就看誰(shuí)的長(zhǎng)板足夠長(zhǎng)，能夠在這個(gè)賽道里做到不可替代。
2021年9月至今，vivo已經(jīng)連續(xù)三年先后推出V1、V1+、V2、V3四款自研芯片，主要專(zhuān)注在影像這條賽道，在拍攝、游戲、追劇這些日常生活的細(xì)分場(chǎng)景發(fā)力，滿足用戶的個(gè)性化需求。
作為第一代產(chǎn)品，V1采取了傳統(tǒng)的ISP架構(gòu)，專(zhuān)注于影像能力的提升。2022年，上半年發(fā)布V1+，打造“專(zhuān)業(yè)影像+顯示性能”的雙芯產(chǎn)品，持續(xù)推動(dòng)算法硬件化。下半年發(fā)布的V2主打“AI”，從傳統(tǒng)ISP架構(gòu)升級(jí)為AI-ISP架構(gòu)，新增AI計(jì)算單元，同時(shí)大幅升級(jí)內(nèi)存單元、圖像處理單元，優(yōu)化協(xié)調(diào)與高速協(xié)數(shù)據(jù)和算力，滿足用戶AI高算力的需求。
而最新的V3芯片，又把整個(gè)影像芯片的基礎(chǔ)水平提升到了一個(gè)新的高度。
首先是制程工藝，V3直接使用了臺(tái)積電的6納米工藝制造，把能效比提升了20%~30%。同樣10個(gè)功能，但由于功耗的限制，之前的V1和V2芯片只能同時(shí)開(kāi)啟6個(gè)，而采用了新工藝的V3就能全部開(kāi)啟，還不會(huì)帶來(lái)額外的功耗和發(fā)熱。這就是先進(jìn)工藝帶來(lái)的最大好處。
架構(gòu)層面V3也做了大量的優(yōu)化，比如V3和SoC芯片的互聯(lián)通信。和很多外掛芯片不一樣的是，V3位于SoC和屏幕的數(shù)據(jù)通路中間，影像傳感器的數(shù)據(jù)要先進(jìn)入SoC、再傳到V3，所以要額外設(shè)計(jì)一個(gè)回傳通路，讓V3處理完的結(jié)果傳回SoC。
這樣問(wèn)題就來(lái)了，一方面要保證這個(gè)回傳通路的低延時(shí)，一方面要保證數(shù)據(jù)的同步和一致性。vivo提出了一個(gè)叫FiT（Frame info Tunnelling）的互聯(lián)架構(gòu)，它可以把影像數(shù)據(jù)和一些輔助運(yùn)算的旁路數(shù)據(jù)封裝組合在一起進(jìn)行同步傳輸，增加了傳輸帶寬，也能保證SoC和外掛芯片的同步。FiT這個(gè)雙芯互聯(lián)技術(shù)在V2提出，在V3采用先進(jìn)工藝之后用在了更多算法和應(yīng)用里。
架構(gòu)升級(jí)再比如V3的AI算力提升，主要有兩部分，一部分是為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的純定制算力，還有一部分是根據(jù)某些特定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做的半定制算力。再結(jié)合SoC里NPU和GPU的通用算力，就組成了一個(gè)非常復(fù)雜的“雙芯”異構(gòu)算力系統(tǒng)。在訪談里vivo的專(zhuān)家專(zhuān)門(mén)提到，V3里內(nèi)存的利用率幾乎可以達(dá)到100%。
簡(jiǎn)單以影像這塊舉例，以往所有的算法都是以軟件的形式在SoC、NPU、DSP上面跑，不是說(shuō)跑不了，但是功耗會(huì)扛不住，發(fā)熱也扛不住。而vivo現(xiàn)在的做法是把很吃軟件資源的這部分AI算法，硬化進(jìn)了V3當(dāng)中，然后把SoC、NPU、DSP解放出來(lái)做它們更擅長(zhǎng)的語(yǔ)義類(lèi)算法，合理分工，讓大家都跑在自己最擅長(zhǎng)的賽道上，讓SoC和V3協(xié)同作戰(zhàn)。效果層面，因?yàn)槟芡瑫r(shí)開(kāi)啟更多的功能，可以實(shí)現(xiàn)1+1>2，而功耗層面則實(shí)現(xiàn)了1+1<2。vivo在發(fā)布會(huì)上展示的4K電影人像視頻及拍后編輯功能就是基于這套玩法實(shí)現(xiàn)的。
問(wèn)題4：老實(shí)做影像芯片不行嗎，為何還做傳感器芯片？
芯片領(lǐng)域有幾個(gè)非常有名的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，其中有一個(gè)叫VLSI電路與技術(shù)研討會(huì)，它被稱(chēng)作全球微電子技術(shù)領(lǐng)域的“奧林匹克”，這也是從事芯片研究的人一定會(huì)跟蹤的頂尖會(huì)議。不過(guò)我很意外的發(fā)現(xiàn)，今年的VLSI研討會(huì)上，vivo竟然發(fā)了一篇文章，講的是影像傳感器芯片的技術(shù)。這也是本屆VLSI大會(huì)上唯一一家發(fā)表論文的中國(guó)手機(jī)廠商。
這次我也和這篇文章的作者——vivo的羅軼博士深入探討了一下。他們做的是一個(gè)名叫自適應(yīng)DCG-HDR的技術(shù)，聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)科幻，但其實(shí)原理并不難。原本拍攝HDR的時(shí)候基本都是調(diào)節(jié)ISO或曝光時(shí)間的方式，也就是對(duì)一幀圖像用不同ISO多次提取信息，然后合成在一起；或者拍幾張不同曝光的照片，再合成在一起。不過(guò)這兩種方法對(duì)算力和功耗的要求很高，所以如果我們開(kāi)HDR拍視頻的話可能拍一會(huì)兒手機(jī)就會(huì)發(fā)燙。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，vivo就提出了這個(gè)新的方法，它讓傳感器每個(gè)像素點(diǎn)的敏感度（ISO）都可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，然后用一個(gè)單獨(dú)的電路去控制，提前決定是要高敏感度還是低敏感度，這樣就不用多次合成了，從而把功耗降低了38%。
這個(gè)技術(shù)有啥用呢？本質(zhì)上就是提升視頻拍攝時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍、豐富了圖像細(xì)節(jié)，特別適合在夜景、背光/夜光人像這種極端場(chǎng)景里使用，同時(shí)還能在功耗、發(fā)熱可控的情況下長(zhǎng)時(shí)間的拍攝HDR視頻。
看出來(lái)了吧，還是影像。只不過(guò)影像這個(gè)賽道很長(zhǎng)，從傳感器到處理器到顯示，整條路徑上有太多能優(yōu)化的技術(shù)了。比如這個(gè)工作，之后可能就會(huì)通過(guò)定制傳感器的方式落地到未來(lái)的vivo手機(jī)上。照一張好照片，拍一段好視頻，離不開(kāi)這一個(gè)個(gè)點(diǎn)技術(shù)匯總在一起，這個(gè)應(yīng)該也是vivo自研芯片在積累的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
問(wèn)題5：vivo自研芯片，能做多久？
最后我給vivo來(lái)了一波靈魂拷問(wèn)。背景不用多說(shuō)，當(dāng)前復(fù)雜多變的國(guó)際形勢(shì)，風(fēng)云變幻；加上技術(shù)研發(fā)的高額成本和市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的多重挑戰(zhàn)；特別是之前友商那檔子事兒，讓人遺憾。所以，如何跑通自研芯片之路，仍然是當(dāng)下手機(jī)廠家必須要面對(duì)的焦點(diǎn)問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)頭部手機(jī)廠商自研芯片的不少，vivo算不上最早的那家，不過(guò)走的卻非常謹(jǐn)慎。面對(duì)自研芯片的汪洋大海，vivo的最終目標(biāo)肯定是進(jìn)入技術(shù)的深水區(qū)，不過(guò)他們選擇了一種三條腿走路的方式，既有對(duì)芯片公司和供應(yīng)商的投資、又有和國(guó)際芯片大廠的合作，也有自研芯片的持續(xù)布局。
前面說(shuō)了很多合作和自研芯片的東西，但vivo在芯片領(lǐng)域的投資可能是很多人并不清楚的。vivo投資的都是自己的供應(yīng)鏈公司，涉及到射頻前端、電池和電源管理，還有顯示芯片。通過(guò)投資布局供應(yīng)鏈，也幫vivo把整個(gè)手機(jī)上下游的關(guān)鍵資源做了整合，鋪平了造芯的道路。
此外，對(duì)于vivo而言，他們已經(jīng)在自研芯片的道路上邁出了重要一步——先不碰高投資、高難度、高壁壘的SoC芯片，專(zhuān)攻體驗(yàn)差異化又能對(duì)口市場(chǎng)的影像芯片，已經(jīng)在市場(chǎng)上取得了不俗的效果。
根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司IDC公布的中國(guó)2022年手機(jī)季度跟蹤報(bào)告，盡管去年整體消費(fèi)電子市場(chǎng)較為機(jī)密，但是vivo手機(jī)以18.6%占據(jù)2022年中國(guó)智能手機(jī)市場(chǎng)份額榜首。而在618促銷(xiāo)季智能手機(jī)銷(xiāo)量中，Counterpoint的報(bào)告顯示，vivo市場(chǎng)份額達(dá)18.2%，排名第一。
究竟是芯片造的好、帶來(lái)業(yè)績(jī)提升，還是收入增加帶來(lái)更多研發(fā)投入，從而造出更好的芯片，有點(diǎn)雞生蛋蛋生雞的關(guān)系。不過(guò)業(yè)績(jī)與研發(fā)投入會(huì)形成一個(gè)正向反饋的飛輪，會(huì)讓vivo自研芯片之路在未來(lái)走得更寬。在智能手機(jī)同質(zhì)化高度同化的時(shí)下，手機(jī)大廠商自研芯片呈現(xiàn)的差異化體驗(yàn)，或?qū)⒊蔀檫@片藍(lán)海市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的決定性砝碼。
造芯從來(lái)就不是簡(jiǎn)單的事情，從小領(lǐng)域切入，做難而正確的事情，就像我們自己不斷學(xué)習(xí)提升的過(guò)程。涓涓細(xì)流，相信總有一天會(huì)匯成汪洋大海。
（注：本文不代表老石任職單位的觀點(diǎn)。）
