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专访OPPO造芯人姜波:追求更极致的影像体验

  在2021年倒数之际,OPPO未来科技大会在深圳如期开幕,首款影像专用NPU-马里亚纳® MariSilicon X正式发布。马里亚纳X具备强大算力、能效比和计算速度,18Tops AI的算力甚至超过苹果A15。同时整合和进化了视频流趋势下影像处理的能力,将计算影像推向了4K+20bit RAW+AI+Ultra HDR的新极限。发布会后,OPPO芯片产品高级总监姜波接受了媒体采访,进一步分享了OPPO自研芯片背后的故事。

  为什么OPPO要自研芯片,姜波强调拥有芯片意味着OPPO拥有最底层的基础能力,很多能力的建设都是在这个基础能力之上。就想好的用户体验,就需要软件和硬件的深度整合,包括算法和硬件的深度耦合,这些做好之后才能给消费者层面带来一些更有价值的点。这些价值点逐渐增多之后,才能逐步在高端层级站得更稳。

OPPO为什么要“造芯”

  而在具体问题上,当前ISP和通用处理器算力不足,导致的夜景视频长期以来画质不佳的难题,以及传统影像链路中的信息损耗问题,也是让OPPO选择自研马里亚纳X初衷。那为何是NPU,因为马里亚X的AI能力是传统ISP所完全不具备的,专芯专用的能力和效率也是通用NPU绝对比不了的。姜波认为NPU应该去做特别重要的,在手机上应该用来完成计算影像的处理,因为计算影像其实是对算力在各种应用下算力要求最高的一部分,所以专芯专用或者优化的方向应该是这个方向。

  此外,高效的芯片应该根据应用场景真正把它的有效算力释放出来,所以它的能效是跟应用场景相关的。因为做一个通用型的NPU,其实它很难聚焦某一个应用场景的,但是OPPO是终端厂商,更明白用户痛点在哪,用户场景的价值点在哪。所以会根据这个应用场景去相应的设计硬件架构,去提升它的相应的能效比,换句话说提升有效算力。。

  另外一个问题是如何协同SoC。马里亚纳 X它本身是影像专用NPU,它是要跟SoC的主平台去协同的。非常简单一个原理,从相机传感器进来最原始的数据,通过马里亚纳 X去做处理,在处理完之后,再把更好的处理过的数据送给SoC。比如说我们谈到的HDR也好、降噪方法也好,其实这些不需要工作在SoC主芯片里面再去做了。从整个影像的链路来讲,通用平台整体的影像质量提升才是OPPO的目的。

OPPO自研芯片为何能快速问世

  其实OPPO第一个芯片上线的速度很快,也用上了先进的6nm工艺,并且一次就流片成功。对此姜波表示,OPPO的芯片从IP到前端后端都是自研,包括软件硬件全都自研,这本身是个非常大的挑战。所以OPPO首先找到了有经验的团队和伙伴,而且理念上大家追求极致。工程师很辛苦,像流片的拿回来之后是快马加鞭,没有一个小时的延误,直接送到实验室,点亮过程中就是24小时。整个团队的高效和付出精神,是OPPO芯片加速问世的核心一环。

OPPO研发克服了哪些困难

  从无到有是很挑战的事情,姜波分享了这个过程的不易,开始内部做一些自己的project,到最后这个gap怎么让它变小,怎么样去优化,这整个过程充满困难。哪怕是一些公共的IP,比如因为选了6纳米先进制程,而Camera部门接受的pipepline(影像链路)要求是非常高的。而处理双路RGBW数据意味着芯片的接口数据吞吐量非常高。那个时候整个市场6纳米的IP我最高的是3.5SPS,但至少说4.5才能满足要求,只能自己从核心IP自研,自己去做。

  但开始团队人也比较少,需要很有经验的人,我们几个人大家就说我就冲上去了。冲上去之后其实坦白说正常来讲,如果你有一个好的Schedule,哪怕我做过MIPI,我在12纳米做过,如果我在16纳米没有做过我是没有底气的。我需要先跑一个NPW去验一下这个IP的设计,等到(英文)回来之后,我说S2S跟我的整个芯片预想是一样的,整个芯片特性。到了最后我才拿已经验证过的IP放到最后的芯片做一次大的take part,那个take part你也知道本来成本很高。当时我们因为Schedule这个压力我们把所谓的做subtle、做tactic这个流程完全取消掉了,意味着我们做这个IP的同事面临的压力是非常大的。说白了要为整个芯片负责,但这个IP你看我们今天发布会上一句话都没有提,6纳米。不光这个团队,其他团队也面临这样的问题,整个环节必须每个环节的人要协同得非常好。我说的我们内部专职做NPU和我们做图像处理的团队他们之间要非常紧密的配合,这是数据的吞吐、来回。

  还有算法的同事要跟做硬件的同事不停做迭代,如果有一个,而且是新团队,大家以前工作的背景也不一样,有时候你会面临一个新团队,如果这个算法和硬件配合不成功的话,硬件的人说算法的问题,算法的人说是硬件的问题,往往这个东西做不出来,或者你做出来之后你没法真正达到Tier1的水平。Tier1的水平是说,我们今天看到能效对比,你看我今天提了一个叫做11.6每瓦,我们说得很严谨,是根据我们的AI算法用随机生成的图片真正跑出来一个真实的4K的数据生成的图片,真是跑出来的能效。如果你用人眼可以看到,比如我用一个不光是瓶子还是一个风景画这种随机性就降低了,我们真实能效比这个还高。这都是要把它推到一个真正极致。我们同样对比,如果我要用一些通用平台你也看到那个数据是数量级上的差别。所以这些要说的事情,因为我是真的算是参与了从可能这个事情完全没有,到它出来整个过程,所以应该说感受到的工程上,尤其是我们的工程师,出于责任心,真的是相当长一段时间里周末基本上把自己的时间都放在工作上,应该说牺牲很多。每个人牺牲都很多,参与这个事情的人。

OPPO要定义未来影像

  OPPO马里亚纳X具备了高规格的影像处理性能,达到了4K+20bit RAW+AI+Ultra HDR的新极限,之前谷歌发布的Tensor是19Bit。OPPO做一颗芯片,把它定义成HDR的新标准,20Bit就是手机将来HDR高端手机上后面新的标准,姜波这样评价马里亚纳 X的规格。显然,马里亚纳 X在立项当初就定下了更高的规格。

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