他們選了一條最難的路

徐林

如履薄冰的自研6nm

2021年是一個重要的時間節點，在這一年，小米與vivo先后推出了自研的ISP芯片：澎湃C1和vivo V1，進一步助推自己在手機影像領域的技術演進。隨后，OPPO自研芯片也將要問世的消息就接踵而至，但爭議也隨之而來。因為澎湃C1和vivo V1先后都被網友找到了和第三方芯片公司業已存在的芯片有所關聯，紛紛質疑其自研 的含金量。

對此我也感覺挺無奈的，因為芯片研發的鏈條本來就很長，介入方式也是多種多樣，將自主IP植入再由芯片生產廠商流片這本來就是一種常見且成熟的模式，其優勢就是可以快速將自主IP硬化商用，從而節約時間與成本，并為后續的演進和設計提供經驗。要是按很多網友嚴格的自研標準 來衡量，那我們熟悉的麒麟、蘋果、高通還有聯發科估計都算不得是自研，因為它們采用的IP都來自于ARM而非自主開發，算來算去可能只有Intel這種才是真自研吧……

話題扯遠了，說回OPPO。當馬里亞納 X正式發布的時候，其類型可能出乎很多人的意料：它是一枚專門用于AI影像處理的NPU，而非之前盛傳的ISP。更重要的是，這還是一枚采用相當先進的6nm工藝制程的芯片，與當前很多主流智能手機5G SoC，如高通驍龍778G/778G+，聯發科天璣 1200/1100處于同一梯隊。僅僅是6nm 這一個關鍵詞，還包含著大量信息：

第一，它的價格會很高，因為6nm是真正意義上的全EUV工藝（7nm+也只實現了部分EUV）。目前全球硅基芯片最先進制程大部分都為智能手機SoC采用，OPPO在一枚NPU上采用這個工藝，真是下了血本。我和一些行業分析師估算了一下，覺得單這一枚芯片的交付成本，就和半套中端手機SoC不相上下了；

第二，只能自研，因為在這個如此先進的制程節點上，沒有可以采購能達到OPPO標準的第三方成熟IP，都只能從零開始，此前網上有人說得頭頭是道的采購誰家IP都是扯淡；

第三，風險極大，6nm制程+自研IP流片不成功的概率并不低，每一次流片失敗都代表著千萬級別人民幣的投入打了水漂，而就算是流片成功，芯片也會有概率不達預期，稱其為開寶 一點也不為過。這也讓我想起之前和華為聊到麒麟810這枚神U為何比更高定位的麒麟985還要猛時，得到的回答是流片的結果的確超過預期 。

在這些可能梳理出來的信息背后，我覺得還有一場向來行事風格穩重的OPPO輸不起的豪賭 ：從2018年INNO DAY上OPPO創始人陳明永宣布2019年研發投入100億人民幣 ，再到短短一年后的INNO DAY上3年500億人民幣 的迅速攀升，除了要支撐快速擴張的研發業務與團隊，還有很大一部分比例都為芯片研發業務所占據——用燒錢 來形容這個行業明顯力度不夠。

資金投入是一方面，另一方面是時間，與自研芯片配套的IMX709傳感器研發商用推進速度很快，當其確定在Reno7系列上采用時，留給芯片團隊的時間就已經不多了，首次流片如箭在弦，不得不發。幸運的是，OPPO福星高照，馬里亞納 X不但一次流片成功，而且測試表現也完全達到了開發團隊的預期，從前期研發到后期流片的所有投入都算是扎扎實實落了地，一次堪比走鋼絲 的冒險圓滿過關。

既然成本如此高昂，風險如此巨大，為啥OPPO非要選擇這樣一條最難的路 呢？OPPO芯片產品高級總監姜波為我們悉數道來——他于2019年加入OPPO芯片研發團隊，在此之前他曾供職于高通，為高通在中國智能手機芯片的起步和快速成長做出了很大的貢獻。他說OPPO智能手機業務在此前10來年的發展歷程中已經在影像領域有大量的積累，且在長期采用第三方通用平臺的過程中也有很多AI與CV（計算機視覺）算法的經驗，當業界都公認計算影像是未來10年影像領域的發展方向時，如何更好地凝聚這些積累并繼續演進就成為關鍵，這也是OPPO打算自研影像處理芯片的初衷。

智能手機的競爭已經步入巨頭時代，為了打造產品差異化，定制傳感器+自主算法 的組合都為各家所采用，比如華為麒麟+RYYG 就是典型的例子，包括澎湃C1的3A算法，vivo V1固化的夜景拍攝和實時預覽都是這種方案的呈現。而在不久前結束的2021年高通驍龍峰會上，驍龍開發團隊也表示很歡迎OEM伙伴加入自研芯片，但我們認為這種方案在實效性和持續性上會有問題 。是的，ISP作為ASIC芯片，在采用的靈活性和后續提升上的確不如通用平臺方案，但其高效率和功耗平衡也是優勢明顯，綜合下來，這也是為何很多廠商初期會采用成熟芯片植入IP這種相對穩健的方案。

最開始，OPPO也是打算以這樣的方式入手自研芯片，且以12nm制程起步——算來算去，100億肯定是夠了。但開始之后才發現了問題：如果采用市面上能采購到的12nm制程IP來做，最后成片應該無法達到手機整體系統功率約束的目標。要知道，隨著5G SoC能力的提升，10W以上的芯片峰值功率已經讓電池續航不堪重負，要是再額外加入一枚功耗表現不佳的芯片，勢必會對后續產品定義帶來更大的困擾，當然，這就是終端廠商自己做芯片的優勢所在，負面因素可以前置解決。在這樣的前提下，馬里亞納 X最終選擇以6nm先進制程從零起步，3年500億，預算在燃燒……

面向未來10年的馬里亞納 X

馬里亞納 X當中集成了OPPO自研負責AI處理的MariNeuro AI計算單元和負責影像的MariLumi影像處理單元。最直觀的數據是，馬里亞納X最終的性能不負眾望：18TOPS AI峰值算力比蘋果A15處理器NPU單元的15TOPS算力更強，更是遠超高通驍龍888+處理器。有人可能要質疑高通這款處理器不是宣稱有32TOPS AI算力么？因為那是指的整個AI Engine的算力，其是通過CPU、GPU和Hexagon多個單元一起協同達成的，如果對比同類型處理單元，即Hexagon DSP中的張量加速器（即高通處理器中的NPU）能力，馬里亞納 X是肯定強過的——當然，新驍龍8宣稱其張量加速器性能翻倍，是不是還能打就看后續信息了。

作為衡量手機NPU性能更重要的標準——每瓦算力，馬里亞納 X為11.6TOPS/W，換算下來整個芯片的峰值運算功耗約為1.5W，如果讓其執行現實圖片，即實際拍攝圖片的處理，更高達12TOPS/W，性能與能效比在當前業界都處于領先水準。

除了高性能的自研NPU IP，為了滿足數據處理過程中的高吞吐量，馬里亞納 X的整個內存系統也進行了針對性設計，片上緩存速度達到了每秒萬億比特級別，集成封裝的內存子系統通過雙通道方式提升了17%的帶寬，速率高達8.5GB/s。

在存儲系統的輔助下，馬里亞納 X擁有強悍的數據吞吐量：在它上邊運行OPPO降噪算法，797mW的功耗下可實現4K@40fps AI處理，即可以錄制流暢的4K高清視頻，而同樣的算法運行在Find X3 Pro上，就只能實現4K@2fps的速率，僅可以用來拍攝照片，且功耗高達1693mW，是馬里亞納 X協處理芯片的1倍以上。

有了馬里亞納 X NPU中OPPO自研的MariNeuro AI計算單元，其帶來的強大AI運算能力，讓OPPO終于可以做一件想做很久的事情了：實時RAW域處理。為了完成這個前置的處理環節，芯片團隊在馬里亞納X中還集成了一個重要的模塊：MariLumi影像處理單元，這是OPPO自研的具備ISP功能的處理器，它是以異構的方式整合在馬里亞納 X之中。它可以為NPU處理提供20bit、120dB超高動態范圍的傳感器原始信號，比起現在Find X3 Pro所能提供的18bit信號動態范圍提升了4倍，光比從之前的25萬：1達到了100萬：1，再細化到4K場景下亮部與暗部的信號增益，則分別是8dB和12dB。

有了MariLumi的存在，OPPO還可以做一件想做很久的事情：與定制RGBW傳感器配套，進行RGBW Pro模式增強處理。眾所周知，RGBW傳感器因為白色（White）像素點的存在，其感光能力得到大大增強，但同時因為傳統ISP RAW-RGB-YUV的處理管路，對這類傳感器的噪點抑制一直都不太理想。而專門設計的MariLumi則存在兩個并行的管路，分別進行RGGB和WWWW兩路信號的獨立處理，其RAW域信息處理量直接翻倍，這帶來的好處就是實現了8.6dB的SNR降噪處理能力和1.7倍的紋理細節提升，這也意味著RGBW傳感器的噪點問題和畫質可能都會得到更理想的解決。

說到這里，OPPO為什么如此在意馬里亞納 X的原因也就非常清楚了。首先，OPPO認定影像會是智能手機未來10年的核心競爭點之一，而4K AI 夜景視頻又是這個領域的重要戰場，這一點從iPhone 12/13兩代產品在視頻性能上的大幅度強化就可見一斑；其次，RGBW異型CFA傳感器是OPPO未來要重點發力的技術，但其目前比較小眾，無論是高通還是聯發科的通用平臺對這一類型傳感器都缺乏指向性支持，想要將其能力最大化，就只有靠自己來做；第三，即使通過調校，通用處理器平臺要實現理想化的效果，也會付出較多能耗代價。綜合下來，自研這樣一枚芯片的確是件有價值的事情。

當然，以較小的代價只做類似于MariLumi的ISP來解決問題，OPPO芯片團隊也是有所考慮的，但最后還是一致認為應該充分考慮NPU芯片的生長性與可演進能力。而問及馬里亞納 X可能帶來多少終端成本的上升，姜波說并沒有考慮太多，而是從產品特性、解決問題的目的出發，至于會不會帶來終端成本的提升，他說等到2022年首先搭載馬里亞納X的OPPO Find X系列旗艦上市，看價格大家就知道了。

寫在最后

千萬不要簡單地以為OPPO芯片團隊投入這么多資金和人力，最后只做出來馬里亞納 X這一枚芯片——它只是這個團隊自2019年成立以來，經歷兩年多時間拿出的第一個作品，從各個方面來看，它已經非常出色了，一枚針對影像解決方案的NPU都能如此用力過猛 ，也讓我對OPPO自研芯片后續的產品更加充滿期待，畢竟首枚芯片就做異構，太給人以想象空間了。還有一個小信息值得關注：6nm馬里亞納 X的誕生，意味著OPPO與全球第一晶圓代工廠臺積電的關系應該緊密了。當然，更要一起期待2022年亮相的OPPO Find X系列旗艦啦！