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马里亚纳 X 探底,自研芯到底有多难

钛极客

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· 2月28日

攀顶路途有多凶险,峰顶的景色就有多美妙。

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马里亚纳 X 探底,自研芯到底有多难

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世界上首台配备摄像头的手机诞生于 2000 年 11 月,夏普 J-SH04。

仅 11 万像素的摄像头,可拆卸电池与直板键盘,今天看起来另类,当时也显得另类。夏普 J-SH04 销量很差,却未阻挡夏普继续推陈出新,从这个角度来说,夏普开启了拍照手机的演变之路。

给手机加上摄像头,当时看起来是一件不起眼的小事,却创造了后来各大手机品牌竞争最激烈的舞台。经济学家何帆曾说:“绝大部分创新都发生在极细微处和极宏大处,而在极细微处形成的小趋势恰能改变世界。”

芯片,极细小又够宏大。

2 月 24 日,OPPO 自研影像专用芯片马里亚纳 MariSilicon X(以下简称“马里亚纳 X”)首度商用,与 OPPO Find X5 系列旗舰手机一起推出。在马里亚纳 X 芯片的加持下,Find X5 Pro 可实现真正意义上的 4K 夜景视频,并打破算法、芯片与传感器之间存在的历史协同问题。

透过马里亚纳 X 芯片,不难发现,当手机影像力进入平台期之后,已有先驱者开始寻找其它可能的突破口。尤其是在高端市场,各创新技术争奇斗艳:超高像素、传感器阵列排布以及自研影像芯片等等。过去的经验表明,手机影像向上跨越的契机,或就藏在自研芯片的落地过程里。

相比于手机研发,自研芯片无异于攀高峰的险途。

何谓马里亚纳

马里亚纳海沟,最深处的地方达 6~11 千米,是地球目前已知海洋最深处,这里水压高、完全黑暗、温度低、含氧量低,且食物资源匮乏,因此成为地球上环境最恶劣的区域之一。

OPPO 创始人陈明永曾表示,之所以将 OPPO 第一颗自研芯片命名为马里亚纳 X,是因为 OPPO 自研芯片之路的艰难超乎想象,就像马里亚纳海沟,深不可测。

2022 年,OPPO 选择潜入深水区有着多方面的考量。

一方面,Android 手机的影像已经接近瓶颈,在传感器和算法等方面的调优边际收益逐渐降低。在用户的角度,即手机拍照的提升不明显,各家差异化不明显,用户体验受到了影响;另一方面,高端手机引领着手机影像力的发展趋势,只有不断地追求技术创新,才能推动行业发展。

高端市场里,苹果、三星仍然保持着领先优势,自研芯片是其中极为重要的一部分。

“一帧影像,动用两块芯片”,OPPO 请来了姜文用 Find X5 Pro 拍日出。这台手机上的两块芯片,便是指的常见的 CPU 与马里亚纳 X 影像专用芯片。

手机影像链路大概可分为传感器、算法和芯片三个环节。按照以往的行业惯例,这三个环节出处通常不同,一边要与光学大厂合作,另一边还得与芯片大厂合作。好比你做一盘菜,食材和调料来源不同,加上刀工,都需要大厨自己拿捏尺度,食材的新鲜度、调料的多少以及刀工细腻程度都影响最后菜肴的口感。

手机影像力的软硬件调校复杂程度更甚,对于手机品牌来说,若能将各个环节把握在自己手中,方能将影像力做到极致。当前手机已经进入了计算摄影时代,对 AI 算力与能效提出了更高的要求,而传统的计算大多都依赖通用芯片,算力无法满足需求。这也是 OPPO 推出独立影像专用芯片马里亚纳 X 的重要原因。

在去年的 OPPO Find X3 系列上,OPPO 小试牛刀开创了手机首个全链路 10bit 色彩系统:从拍摄、编码、储存、解码到显示,贯穿内外的软硬件,用户都能体验到 10 亿种色彩的图片与视频。

陈明永认为,科技公司必须通过关键技术解决关键问题,如果没有底层核心技术,就不可能有未来;而没有底层核心技术的旗舰产品,更是空中楼阁。

Find 系列是 OPPO 目前最高端的产品线,其承载的技术创新使命不言而喻。在 OPPO 公司内部,有着“技术货架”一说,OPPO 储备着大量先进的,甚至未面世的技术,包括卷轴铰链、折叠屏 U 型铰链、自研芯片、隔空充电等等。

OPPO 首款折叠屏手机 Find N 发布之后,很快卖到脱销。2021 年 12 月仅销售 9 天,便占据了当月中国折叠屏市场的 25%。市场的正向反馈给予了 OPPO 一个积极的信号——扎实的技术能够得到高端用户的认可,但做技术预研的孤独与艰难却没人可以体会。

无限风光在险峰

马里亚纳 X 项目正式成立于三年前,设计之初,OPPO 考虑过 12nm 的方案,但要想获得最佳的性能与功耗,必须做 6nm 制程。

在马里亚纳 X 面世之前,国内拥有量产并商用 6nm 芯片能力的厂商仅有三家。但是做 6nm 的影像 NPU,没有任何参考案例。这意味着 OPPO 已经进入无人区,马里亚纳 X 就是一个“三高”项目:高额的研发经费、超高的研发难度和极高的失败风险。没人知道能否成功,或者失败之后会是什么样。

三年厚积薄发,OPPO 方才迎来了马里亚纳 X 成功流片,并嵌入手机正常运转。然而芯片做好并不是攀高峰的终点,而是下一段路途的开始。

“包括其他产品线在内,我们几乎调用了公司内所有的影像人力和资源在 Find X5 系列上。”Find 系列产品经理李杰表示,“马里亚纳 X 在 Find X5 Pro 上的调校工作量是指数级,因为涉及到底层基础算法的调优,相当于做了正常三代产品的研发工作。”

在这里举个例,你就能明白马里亚纳 X 的调校到底有多难。

马里亚纳 X 影像专用 NPU 芯片的 AI 算力最高可以达到每秒 18 万亿次 AI 计算,在实际应用场景中,每瓦性能也能达到每秒 11.6 万亿次。它独立于手机的 SoC 运行,就像一个外挂增加了手机拍照时的运算能力。

如此强大的能力,还需要与其它硬件协同工作,为此 OPPO 首次加入了自研 3A 算法进行调和——3A 算法即影像链路里的指挥部角色,统领着对焦、曝光和白平衡等等参数,以此达到马里亚纳 X 与镜头、自然色彩传感器以及主芯片的 ISP 等环节的配合。

通过这颗 NPU,Find X5 Pro 实现了 4 大技术突破:

  1.   Android 第一次支持 4K+20bit RAW+AI+Ultra HDR 的极限规格,即随意截取视频的每一帧,都可以是一张完美的照片;

  2.   录制 4K 超清夜景视频,得益于超高的 AI 算力,Find X5 Pro 可以进行实时 AI 降噪,获取 20bit Ultra HDR 超级动态范围,从本质上提高夜景视频的画质;

  3.   通过 3A 算法还原真实的色彩表现;

  4.   为第三方软件相机提供更加清晰的原生画质,例如微信软件内的相机拍摄,也可以获得原生相机的照片质量。

在 OPPO Find X5 Pro 的实拍样张当中,我们可以清楚地看见,在马里亚纳 X 的加持之下,Android 手机拍照能力得到了更高的提升,尤其是 iPhone 领跑的视频拍摄领域,两者也不分伯仲。除去马里亚纳 X,OPPO 还加入了悬浮防抖、13 通道光谱传感器与光学玻璃镜片来提高 Find X5 Pro 的影像硬件素质。

OPPO Find X5 Pro超清夜景拍照

OPPO Find X5 Pro超清夜景拍照

OPPO Find X5 Pro哈苏专业模式

OPPO Find X5 Pro哈苏专业模式

尽管如此,马里亚纳 X 的能力到目前为止也只发挥了 30%。随着时间的推移,它还会自我学习、迭代,使得手机拍照越来越好用。李杰表示:“马里亚纳 X 是一颗 NPU,很多算法都 AI 化了,它在跑算法、跑模型的过程中,会通过神经网络自行运算和学习。”

“一机双芯的模式还会在行业中流行下去。”

三年时间,我们很幸运地看到 OPPO 在山顶捧起了芯片自研的火炬,实现了自身从 0 到 1 的里程碑式跨越。就好像向雪峰发起冲击的人,假想敌几乎都是自己:极寒的狂风,稀薄的空气,内心的恐惧都由自己承担。而攀顶路途有多凶险,峰顶的景色就有多美妙。

长期主义初兑现

如果追溯马里亚纳 X 的起源,并不能严格按照时间线定位于某一天。自研芯片的种子,多年前就播下了。

据李杰透露,早在四五年前,OPPO 高层已经规划了公司的战略转型。近年来我们所看到的“关键技术解决关键问题”、“3 年投入 500 亿”和“3+N+X科技跃迁战略”等背后所映射的思想,其实是 OPPO 对于用户、产品和公司运营的深度思考。

科技为人,以善天下。OPPO 身上的务实精神,我们从 Slogan 的变化便能窥见一斑,Find N 的“从尝鲜到常用”,Find X5 系列的“一帧影像,动用两颗芯片”都是非常具象化的描述。或许 Slogan 少了一些浪漫,但却有了踏实的依靠。

OPPO 正在经历向技术型科技公司的转变,“会做广告”的表象往往掩盖了 OPPO 的本来面目。过去的 OPPO 更加内秀,技术研发背后的困难与思考并不轻易向外界透露。事实上,OPPO 技术货架陈列着海量的高精尖技术与专利,数据显示,截至 2021 年 12 月 31 日,OPPO 全球专利申请量超过 75000 件,全球授权数量超过 34000 件,在中国公司中排名第二。

Find 系列承载着 OPPO 先进技术的落地使命,并用技术解决用户实际的问题,提升用户体验。产品是用户最能直观感受公司实力的窗口,同时也是两者相互沟通的桥梁。只要坚持走这条路,时间自然会兑现果实。

时间的朋友,都为长期主义者。鲜有人知道的是,OPPO 在 10 年前尝试过平板项目,由于种种原因并未继续推进,但该项目却孵化出了 VOOC 闪充技术。在那个快充还未普及的年代,OPPO 坚持将闪充技术普及开来,引领了行业快充的风潮。

现在回过头来看,VOOC 闪充技术与马里亚纳 X 的诞生都不是偶然,而是铺垫已久之后的一种必然。(本文首发钛媒体App)

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