隨著通信、芯片、AI等各類技術的快速發展,近年來我們在影音娛樂體驗方面的一個突出感受,就是內容質量越來越高。 視頻越來越清晰,邁向4K甚至8K時代,而曾經只在專業音樂愛好者之間流行的無損音頻體驗也開始逐漸大眾化,被更多普通消費者所接觸到。 但問題也隨之而來:越來越高的內容質量,也反向對技術、設備提出了更高的要求。 即便是今天,我們在通勤的路上,想通過一副TWS藍牙無線耳機聆聽一首192kHz/24bit的無損音質歌曲,都是幾乎不可能實現的。 我們需要找到一副有線耳機,甚至還需要外接編解碼設備,才能最終實現高品質音樂的收聽,體驗遠不夠便捷。 這種設備與設備之間高質量內容的傳輸痛點,本質上還是底層技術存在瓶頸,沒有實現打通。 說起設備協同互聯的流暢體驗,大家總會想到蘋果,其實蘋果正是因為實現了芯片、系統層面的全部自研,才最終讓設備之間的流暢協同成為了現實。 包括OPPO、vivo、小米在內的國內手機廠商們近年來也在積極探索相似的路子,重視自研軟硬件技術的打通,甚至一度掀起了自研芯片的熱潮。 但最終潮水褪去,能夠實現自研芯片大規模量產落地、取得良好反饋,并實現產品迭代的廠商,卻不多。 就在今天的OPPO未來科技大會上,OPPO秀出了自家的第二顆自研芯片,一顆藍牙音頻SoC芯片馬里亞納 Y。
要知道,距離上次OPPO的首顆自研影像NPU馬里亞納 X發布,才過去了一年,OPPO在自研芯片這條賽道上的步速,顯然已經超過了絕大部分同類企業。 不要小看這顆藍牙音頻SoC,實際上,馬里亞納 Y第一次讓無損藍牙音頻體驗成為了可能,不論是12Mbps的藍牙傳輸速率、590 GOPS算力的NPU,還是領先行業2代的N6RF制程工藝,這顆小小的芯片都將藍牙音頻體驗第一次推到了“無損時代”。
在OPPO的第二顆自研芯片發布之際,芯東西有幸與OPPO芯片研發團隊相關負責人進行了一次兩個多小時的深度交流,嘗試挖掘馬里亞納 Y背后所攻克的關鍵技術難題,并探討了OPPO對自研芯片的深入思考、底層邏輯以及長期戰略。 ? 01. 從馬里亞納 X到Y OPPO自研芯片扎入深水區
說到手機廠商自研芯片,很多人的第一反映或者疑問就是:到底靠不靠譜? 很多廠商都在做自研芯片,這些芯片是面子工程、秀技術嗎?還是真正“要一個猛子扎下去,做上個十年八年”的大事? 不論業內有怎樣的討論,至少從OPPO的自研影像NPU馬里亞納 X到今天的自研藍牙音頻SoC馬里亞納 Y,我們能夠看到OPPO芯片發展的清晰軌跡。 根據官方數據,從去年發布至今,OPPO馬里亞納 X的出貨量已經達到了千萬級,在Find X5、Reno8、Reno9系列這些主力熱銷產品中都已經大規模商用,后續還會有更多手機搭載這顆芯片。
據了解,目前業內對于這顆芯片的反饋都比較積極,也積累了良好的用戶口碑,即使在一年之后,其技術特性在行業中依然能夠處于領先位置。 從馬里亞納 X中,我們不難看出,OPPO的自研芯片絕不是面子工程,而是真正的做到了“從用戶中來,到用戶中去”的良性循環,并不斷迭代向前。 實際上,身為“系統廠”的OPPO來做自研芯片,優勢就在于此:OPPO對于用戶場景的理解會優于傳統芯片設計廠商,對于芯片性能的取舍,可以更好地把握優先級。而在芯片完成后,團隊則可以根據用戶反饋來對其進行迭代升級。 OPPO芯片產品高級總監姜波告訴芯東西,馬里亞納 X雖然是一顆協處理器,但總線架構到完整系統的設計、芯片的實現、前端后端整個的設計,OPPO積累了大量的技術和經驗。更為關鍵的是,馬里亞納 X加速了OPPO內部垂直整合的體系化和進程。 馬里亞納 X之后,OPPO決定在自研芯片的深水區再進一步,推出了旗艦藍牙音頻SoC芯片馬里亞納 Y。 實際上,選擇發力藍牙音頻領域的原因也很簡單,就是因為該領域的用戶痛點十分明顯,而OPPO自研芯片的核心目的,正是改善用戶體驗。 當下中國移動音樂用戶已經超過了7億人,這樣龐大的內容消費量級,也催生了對高質量音頻體驗的需求,無損音頻、計算音頻的已經逐漸走入大眾視野,而隨著AI技術、環境感知、自然語義處理等技術融入計算音頻領域,更具個性化的聲音體驗也呼之欲出。 但現在的藍牙音頻芯片,實際上很難滿足這一系列新增的需求,此時,就需要有人突破行業的天花板,將產業的發展更快地帶向下個時代,從而解決這些突出的痛點。這一次,這個人正是OPPO。 ? 02. 做一顆藍牙音頻SoC芯片有多難? 突破行業天花板,解決四大“從0到1”難題
雖然馬里亞納 Y看起來只是一顆藍牙音頻芯片,但實際上,它與傳統藍牙芯片完全不同。 馬里亞納 Y是一顆獨立的SoC,就如同手機SoC芯片一樣,它可以獨立驅動一臺音頻設備,比如一副TWS耳機或一臺智能音箱。 深度到馬里亞納 Y的架構中,我們能看到,它包含諸多模塊,從藍牙、高性能DSP、超高算力NPU再到射頻模塊,可以說是“麻雀雖小五臟俱全”,這也證明了,OPPO已經具備了SoC芯片解決方案的設計能力。
正如前文所說,OPPO做自研芯片就是瞄著用戶痛點去的,那么馬里亞納 Y核心到底要解決什么問題,這其中的難點又在哪里呢? 在深入挖掘馬里亞納 Y的技術特性時,有四大方面升級給我留下了比較深刻的印象,這四方面的技術升級從某種程度上來說也是助推OPPO突破藍牙音頻體驗瓶頸的關鍵利器。
1、解決192kHz/24bit無損音頻的無線化難題
提到無線傳輸,目前應用最廣泛的連接技術非藍牙莫屬,過去五年里,藍牙設備出貨量已經達到了203億臺,但藍牙的優勢在于低功耗和靈活性,其峰值數據傳輸速率直到最新的藍牙5.3標準,也僅有3Mbps,而實際應用中的速率僅有一半左右,大約為1.5Mbps。 我們反復提及的“192kHz/24bit”,是一組形容音頻規格的數據,我們可以簡單理解為,192kHz/24bit代表了目前最高規格的無損音頻,而傳輸這種質量的音頻,所需要的傳輸速率至少為9Mbps。 也就是說,藍牙的峰值速率,與高質量無損音頻的傳輸需求之間,存在較大鴻溝。 為此OPPO自研了最高速率12Mbps的藍牙傳輸技術,第一次實現了高質量無損音頻的“傳輸自由”。
值得一提的是,在4倍于標準藍牙速率、1.5倍于2022年旗艦手機SoC芯片藍牙速率的基礎上,OPPO還自研了高性能的編解碼技術URLC,而這項技術是專門為12Mbps超高速藍牙定制的。 簡單理解,URLC技術可以將音頻壓縮到更小的體積,從而提升無損音頻的傳輸效率。此前如FLAC、ALAC這些傳統藍牙編解碼技術只能做到70%左右的壓縮率,而OPPO的URLC定制音頻編解碼技術則可以將無損壓縮率提升至50%。 此外,URLC編解碼還支持80Kbps-10Mbps的動態碼率,這就意味著,即使在比較復雜的使用場景中,馬里亞納 X也可以精細地調節傳輸碼率,從而確保音頻傳輸的流暢性,反映在用戶體驗上,就是惱人的斷連、卡頓會更少。
2、突破數據傳輸瓶頸之上,解決個性化音頻需求難題
如今AI已經深度融入了手機的各個方面,從性能、視頻、拍照、游戲到通信,比如馬里亞納 X通過AI計算實現了4K視頻拍攝的實時降噪,通過AI計算讓手機憑借一顆攝像頭也能實現接近雙攝光學虛化效果的視頻拍攝體驗。 但在音頻領域,AI的融入顯然稍慢了一些。 雖然當下大火的空間音頻功能、主動降噪功能以及人耳自適應動態音頻調整等功能,都涉及到“計算音頻”,但目前音頻的絕大部分計算處理都是通過DSP(數字信號處理器)來完成的,包括音樂的播放、編解碼。 比如空間音頻功能,就是通過DSP來實現3D空間的渲染,再結合傳感器的頭部位置數據,實現頭轉跟隨的效果。 在這樣的行業大背景下,OPPO成為了第一個吃螃蟹的人,他們在馬里亞納 Y中集成了一個高性能的NPU單元,第一次讓AI與計算音頻實現了深度融合。
這個NPU單元的算力最高能夠達到590 GOPS,同時馬里亞納 Y中的DSP算力也做到了25 GOPS,相比之下,目前全球銷量最高的耳機芯片的算力僅為9 GOPS左右。 眾所周知,NPU相比于傳統DSP單元,運行AI算法時更加高效,可以說是事半功倍,而這個獨立NPU的加入,也讓音頻計算可以不依賴手機SoC,實時地在設備內運行,降低了數據在耳機與手機之間傳輸所帶來的延遲。 姜波在交流中特別提到,針對音頻的NPU架構設計,與針對視頻的NPU架構設計是完全不同的,因此團隊在自研芯片IP架構方面也做了很多工作。 依托NPU過硬的算力基礎,馬里亞納 Y第一次實現了音頻在端側的聲音分離。 簡單來說,我們可以將音頻中的不同音軌進行“自定義”修改,比如我們喜歡聽人聲,就可以將歌手的聲音拉近,這樣聽起來的效果,就像他們在我們耳邊歌唱一樣。 此外,得益于聲音分離技術,我們能夠通過音軌分離、重新定位渲染空間等功能,將一些復有年代感的懷舊的作品實時轉化成立體聲、環繞聲或者全景聲的音頻內容,這樣的便捷體驗在過去是完全無法想象的。
3、緊跟先進工藝,突破傳統藍牙音頻芯片能效比天花板
提到芯片設計,一個避不開的話題就是工藝制程的選擇,而此次馬里亞納 Y所采用的臺積電最新N6RF射頻工藝,正是其核心優勢之一。
提到芯片制程工藝,我們通常會想到7nm、5nm、4nm,甚至是3nm,實際上,相比于智能手機SoC芯片所使用的工藝,射頻芯片的制程工藝發展相對平緩,直至2021年,射頻工藝首次演進至N6節點。 要知道,目前全球范圍內,用上臺積電N6RF先進制程工藝的只有蘋果的H2芯片、蘋果S8芯片中的GPS模塊和此次OPPO發布的馬里亞納 Y。 據姜波介紹,臺積電去年6月才宣布推出這一工藝,而今年OPPO就已經將其用在了自研芯片里并成功商用落地。在這背后,OPPO早在臺積電對外發布該工藝前一年就開始雙方的合作對接了。 在這個過程中,OPPO的芯片研發團隊需要測試工藝的特性,更好地掌握這一工藝,這需要有過硬的中后端能力,這方面OPPO的團隊是很有經驗的。 能夠第一時間掌握行業中最先進的工藝,并應用于芯片之中,這既是馬里亞納 Y出色能效比表現的基礎,也是OPPO研發團隊實力,以及與臺積電緊密合作關系的體現。
4、翻過射頻芯片設計這座“大山”
最后,OPPO在射頻芯片領域的突破也值得關注,正如行業中共識的那樣,射頻芯片一直被認為是芯片設計中的一座大山,也是最具挑戰性的一個領域。 姜波形象地說道,“做射頻的就像是老師傅和手藝人一樣,要是靠經驗摸索去設計,如果沒有這樣的積累和積淀是很難做得非常好的。” 在射頻芯片設計中,各種指標的均衡沒有定論,很多指標的性能要求都需要挑戰工藝極限,或者設計創新性的電路結構,這非常考驗研發設計人員的經驗積累。 另一方面,還有工藝和封裝的客觀限制因素增加難度,比如RF CMOS技術中,噪聲系數和線性度存在天然短板,設計人員只能通過電路結構和無法定量分析的隔離措施來緩解問題。 OPPO這次使用的是臺積電最新的射頻工藝,客觀上來說也是“摸著石頭過河”,因此每一步都必須走得非常小心謹慎。 總體來看,馬里亞納 Y在藍牙音頻芯片的不少關鍵技術上都有開創性的探索和突破,在藍牙傳輸、AI計算音頻、射頻等領域實現了“從0到1”的技術創新。 在這些技術特性的加持下,馬里亞納 Y真正解決了當下藍牙音頻領域的用戶痛點,讓無線化享受高質量無損音頻內容成為了可能,而只有這種端與端之間底層的技術打通,才能實現更高質量的用戶體驗。
03. 一次邊界的突破 為萬物互融生態奠定底層能力
從馬里亞納 Y這些核心特性和技術突破中我們可以想象,做這樣一款在行業中從0到1的芯片,其難度之高。OPPO是真的在自研芯片的深水區中堅定地扎了下去,并越潛越深。 通過與OPPO芯片研發團隊的深度交流,我們進一步了解到了OPPO為什么要做這顆馬里亞納 Y,以及這背后的更深層次意義。 姜波坦言,從商業角度來看,采用三方芯片的確更加節約成本,但是馬里亞納 Y這顆芯片背后所代表的自研能力,才是真正無法通過三方芯片獲取的。 去年,OPPO的馬里亞納 X主要聚焦影像方面的體驗升級,而此次的馬里亞納 Y則聚焦于音頻體驗的改善。從影像到音頻,是技術能力邊界的進一步拓展和變化,是對新領域技術的一次探索。 馬里亞納 Y作為OPPO首個SoC芯片解決方案,標志著OPPO首次進入了連接芯片設計的領域,具備了藍牙連接的軟硬件全套能力,這也意味著OPPO首次具備了“計算+連接”能力的藍牙SoC平臺設計能力。 其次,當我們將目光放得更遠時會發現,面向未來的“萬物互融”時代,這樣的自研芯片能力還有更廣闊的想象空間,可以成為技術基座般的存在。 實際上,OPPO這種端對端的連接技術,是硬件能力里面非常重要的基礎性技術,在OPPO強調“萬物互融”的大方向下,未來他們必定還會在短距通信、端到端體驗方面做更多探索和改進,這種“基礎能力”是OPPO必須要掌握的。 未來,各類智能設備的協同、交互,各類智能化體驗的打通,已經是必然大趨勢,今天幾乎所有智能手機廠商都已經轉型為“智能軟硬件生態”廠商,而在這其中,OPPO顯然在軟硬件自研技術方面走在了前列。 隨著此次大會上OPPO安第斯智能云的發布,OPPO硬件(馬里亞納自研芯片)、軟件(潘塔納爾跨端系統)和服務(安第斯智能云)的布局已經正式完成。而“芯云一體、多端融合”也必然會成為OPPO這家科技巨頭面對未來競爭時核心優勢。 此時自研芯片版圖的拓展、在更多智能硬件領域的落地,其重要性可想而知,這種底層能力的不斷鞏固、擴展、垂直整合,為萬物互融的實現奠定了基礎。
04. 三年攻堅秀出雙芯,死磕自研 用長期主義啃芯片硬骨頭
不論是馬里亞納 X還是馬里亞納 Y,兩款自研芯片從規格特性、技術前瞻性亦或是制程制程方面,都走在了行業前列,甚至填補了不少所在領域的空白,這背后,我們能清楚地看到OPPO希望長期布局自研芯片的決心。 從2019年11月開始,OPPO自研芯片團隊正式成立并立項,一年后的12月14日,第一款自研芯片馬里亞納X殺入了影像賽道,而今天,立項三年,OPPO已經交出了第二款自研芯片產品。 其實除了影像、藍牙音頻,OPPO還在多年前就實現了快充全鏈路芯片自主定義、自主研發設計,這也是OPPO在手機快充技術上一直能夠保持領先的根本原因之一。 據了解,目前OPPO的芯片研發團隊規模已經發展到了2000人以上,根據業內信息,OPPO此前招集了芯片設計領域的諸多“精兵強將”,在人才的挖掘上不遺余力。 正如OPPO所說,他們是在用“十年磨一劍”的心態去做芯片。 今天,OPPO未來科技大會已經走過三屆,在2019年的第一屆大會上,OPPO創始人兼CEO陳明永提出了“萬物互融”的概念,并宣布OPPO未來三年將投入500億元來布局“萬物互融”生態的研發。 從那時起,OPPO自研芯片就已經成為自研技術日程表上的重要一環。 在2020年的未來科技大會上,OPPO提出了“3+N+X”的 戰略,其中3代表的三大基礎技術,分別是硬件、軟件和服務基礎技術,正對應了今天我們看到的馬里亞納自研芯片、潘塔納爾跨終端系統和安第斯智能云。 當然,在做自研芯片這條路上,OPPO必然還會遇到更多挑戰,在馬里亞納 X影像NPU、馬里亞納 Y藍牙音頻SoC之后,還會有更多技術空白需要OPPO去填補。 業內曾經有這樣一種說法,做自研芯片是“九死一生”,但在與OPPO芯片研發團隊的交流中,我能明顯感受到,OPPO的心態是非常積極的。 在OPPO看來,做自研芯片,他們會始終保持一顆“平常心”,因為他們知道這必定會是一場“持久戰”,做自研芯片既不會輕而易舉,但也不會無路可走。 “給用戶提供價值”既是OPPO做自研芯片的起點,無疑也會成為他們做自研芯片的最佳終點。 ?
05. 從影像NPU到藍牙音頻SoC OPPO自研芯片駛上快車道
從馬里亞納 X到今天的馬里亞納 Y,OPPO自研芯片的技術實力進一步提升,在諸多領域實現了關鍵技術突破,OPPO自研芯片的技術邊界得到拓展,也為未來的互融生態打下了良好的基礎。 當下,OPPO的核心技術布局基本完成,軟硬一體、多端融合的態勢其實也對廠商自身的硬核技術能力提出了更高的要求。 自研芯片對于手機廠商的重要性愈發凸顯,尤其是專用自研芯片,在特定領域性能、功耗方面的優勢是傳統通用芯片無法相比的,未來智能設備的連接不斷強化,自研芯片能力無疑會扮演越來越重要的角色,甚至左右戰局、市場格局。 未來,無論AI廠商、手機廠商亦或是互聯網廠商,自研芯片仍將是各家科技公司的核心戰場,OPPO的馬里亞納 Y芯片首次落地會帶來怎樣的表現,OPPO自研芯片還能在馬里亞納下潛多少,我們拭目以待。
編輯:黃飛
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