OPPO推出自研6nm NPU芯片，头部手机厂商开启底层技术赛跑

原标题:OPPO推出自主研发的6nm NPU芯片，头部手机厂商开启底层技术争夺战。

21世纪经济报道记者罗毅琪深圳报道

随着手机市场通过快速成长期进入发展瓶颈期，行业整体进入激烈竞争阶段，头部手机厂商也开始加速构建自身的底层技术能力壁垒。

在12月14日举行的第三届OPPO INNO DAY 2021期间，OPPO正式发布了自主研发的6nm影像NPU芯片，宣布头部手机巨头进入芯片底层能力的角逐。

其中，华为无疑是一家相对较早、较深入地打造了自己芯片团队的厂商，小米也在前面提到了自己研发SoC的必要性。但由于芯片技术是对资本的巨大考验，加上R&D团队的能力积累，大部分厂商还是选择从手机核心功能的关键芯片，即与成像能力密切相关的芯片的研发入手。

OPPO芯片产品高级总监江波在接受21世纪经济报道等记者采访时指出，“我们通过图像专用Mariana MariSilicon X实现了传感器与芯片处理的协同，即OPPO自研算法与OPPO自研芯片的深度耦合；同时作为终端厂商，覆盖了从传感器定制到传感器接收处理，再到图像处理链优化的整个图像链，从而最大化和优化算法在NPU上的性能，是一个非常深度的垂直整合。我相信这也是OPPO作为手机终端厂商所能达到的差异化能力。”

据报道，这款芯片成立至今已经走过了近两年的时间，而江波本人也是在2019年左右加入OPPO的，可见这与此前的公开表态基本同步。

宏观来看，手机厂商针对关键场景的芯片自研，确实会带来手机内部更强的运营协同，这也是高端发展过程中打造自身核心竞争力的关键。与此同时，值得期待的是，随着一些厂商开始引入高制程自研芯片，其进一步深化底层能力的野心也逐渐显露。在这场自研芯片的角逐中，谁能接手苹果早前拿走的高端份额，将在后续的发展中逐渐有答案。

自研NPU是什么意思？

有针对性地研发芯片以提升影像系统能力已经成为行业共识，但它不同于目前一些形式的自研ISP(图像信号处理器)或与老牌镜头厂商合作。OPPO这次自研的NPU芯片，走的是垂直整合自身影像综合能力的路线。

据江波介绍，OPPO之前已经讨论过更多关于影像的内容，包括推出10倍混合光变、定制4合1等产品。“但我们确实发现，如果没有自己的基本硬件能力，会有一些应用限制。”他指出，通用芯片无法满足AI对图像计算能力和能效的需求，这就需要自研图像专用NPU最大程度地解决最终核算功率和能效的问题，这也是OPPO首款自研芯片选择图像NPU路线的原因。

比如定制化的传感器有时需要与SoC合作，但SoC研发周期长，传感器迭代周期短，难以平衡。目前市场上现有的传感器产品如果针对SoC做链路优化和增强，意味着R&D系统会有很大的调整，相应的成本也会增加很多。

“此外，在很长一段时间内，算法和芯片、软件和硬件的结合将在计算图像中发挥关键作用。但是，如果算法和芯片本身不能完全开放、紧密耦合，就无法实现最大效益。”江波介绍。

这里提到的NPU芯片全称是“嵌入式神经网络处理器”，其特点是擅长处理视频、图像等海量多媒体数据，也被业界认为是专门为人工智能设计的。核心是解决传统芯片在神经网络运算中效率低的问题。

因此，这与一些厂商此前发布的影像ISP不同。江波告诉记者，只有通过专用于图像的NPU，才能解决ISP和通用计算能力不足的问题，这是未来图像发展的主流方向。Mariana MariSilicon X的AI能力是传统ISP所不具备的。

据悉，这款自主研发的NPU芯片对原图、存储和计算能力、能耗、传感器定制等进行了全面优化。因此，视频，尤其是夜间拍摄得到了改善。

“借助Mariana MariSilicon X，我们首次将4K、20bit RAW、AI和Ultra HDR融合在一起，也是我们首次在安卓终端上展示计算摄影的能力跃迁，相信整个行业都会朝着这个方向发展。”说起这个，江波很是激动。

走向纵向一体化的必然性

无论是ISP还是专用NPU，综合国内头部手机厂商的动态来看，目前构建垂直整合能力尤为重要。

“在传统生态合作中，有专门研究算法的角色，也有专门研究芯片的角色。假设我做一个芯片，在算法、前端设计、后端设计上找一个细分公司来做，然后造一个NPU，当然，最后的能耗和各种指标都不能达到我们做芯片的目的。”他继续说道，OPPO作为垂直集成厂商，发现计算影像是一个重要的方向，但在使用通用SoC时有些痛点无法解决，所以我们有选择独立打通这些环节，进行全面的自研。“真正的落地场景是Mariana MariSilicon X+SoC，实现更好的体验。”

这里提到了不同的芯片角色，因为即使只是芯片设计，细分工作也是非常复杂的，需要包括ip定义和转换、前端和后端设计(包括逻辑设计到物理设计)、Mix Signal(混合信号处理)等诸多方面。据报道，OPPO完全覆盖了这一完整的设计链。

“我们也看到了一些公共IP，但是发现没有一个能够根据我们的场景和算法达到最优的能效，所以我们从零开始研究NPU，包括名为MariNeuro的IP。”江波进一步陈述道。

据报道，MariNeuro和MariLumi是OPPO开发的两个核心IPs。“包括内存架构等其他IP，甚至ARM的CPU，这些都是我们设计的。按照行业细分，全靠自己做IP是不现实的。我们有一个大原则，就是如果有一些IP可以用，满足要求，就非常开放使用。但是，如果您使用第三方但未能实现能效，则需要自我研究。”他这样解释。

核心也与OPPO选择的工艺路线有关。据了解，目前市场上还没有6nm独立NPU的参考设计，开发生态难度更大，所以OPPO只能选择通过自研来探索核心IP。由于NPU本身的AI能力可以不断训练，后续可以进一步扩展图像功能。

因此，Mariana MariSilicon X和骁龙8系列SoC芯片将成为OPPO未来旗舰手机的左右脑。据说这将于2022年第一季度在Find X系列的高端旗舰车型中率先投入商用。

四大差异化芯片电路

考虑到芯片自主研发能够带来的巨大发展效益，这已经成为主流头部厂商的共同选择。但基于起点和路径选择的不同，其中的芯片能力呈现出差异化竞争态势。

华为和苹果无疑是受益于自主研发核心芯片的典型手机厂商。虽然近年来，苹果因缺乏创新而受到外界质疑，但随着其M系列和A系列芯片的不断迭代，助推了华为短期缺乏国内5G市场发展窗口，苹果也迅速获得了不少高端市场份额。

据研究机构Counterpoint Research统计，今年10月，苹果在中国市场的销量较上月增长46%，以22%的市场份额登顶。该机构表示，这是苹果自2015年12月以来首次再次成为中国智能手机市场。

当然，换个角度看，手机消费向更高价位段迈进，也是近两年的核心发展趋势。这意味着，如果能够从底层能力构建独特的差异化壁垒，在竞争充分的中国手机市场，其他品牌仍有可能超越苹果，真正渗透到高端市场。

目前国内四大厂商中，华为无疑是最早拥有最稳定护城河的厂商。Hisilicon成立于2004年，涵盖手机处理器芯片、基带芯片、基站芯片、服务器芯片等多个品类。

其他头部终端制造商多年来一直在加速跟进。小米的子公司小米郭颂电子成立于2014年。多年来，其为手机处理器开发SoC芯片的目标从未改变。当然，目前更多的产品是基于影像能力的ISP芯片。

从官方公告来看，vivo是今年早些时候宣布推出自研ISP芯片的厂商，其首款产品尚未完成完整的自主设计流程。据vivo执行副总裁胡柏山介绍，当时vivo在芯片方面的能力主要涵盖两个部分:软算法到ip的转换和芯片设计。后者的能力还在不断加强的过程中，没有真正的商业产品。当然，有消息称，在后续的二代产品中，可能有望搭载具备vivo自主设计能力的芯片。vivo定义的边界是不涉及芯片制造，现阶段还没有提出SoC研发的规划和目标。

OPPO似乎是从2019年开始正式立项的，但是已经具备了自主芯片设计的能力，并且已经深入到ip能力的积累，所以进程并不快。某种程度上，这是由于其多年来的巨额投资，包括马里亚纳团队的建设和R&D预算的供应。2019年未来科技大会期间，OPPO创始人陈明永宣布未来三年将投入500亿R&D预算，其中核心提到了在底层硬件核心技术能力方向的投入。

此前，OPPO已经具备了一定的芯片级能力。2019年，OPPO副总裁、研究院院长常陆曾告诉21世纪经济报道，芯片产品离用户端很远，但芯片合作伙伴的设计和定义离不开用户需求的迁移，这就需要手机厂商发挥作用。相比于芯片厂商的平衡，终端厂商在制作芯片时可以实现“饱和”攻击，而为了用户体验的“堆叠”，不仅仅是为了利润最大化。

国产高端手机谁来接手？

核心能力建设和品牌建设不是一天建成的。目前除了华为之外，其他三家厂商还处于积累阶段，这一后续势必会停留在漫长的培育之路。

其中的艰辛在于，芯片并不是一个一旦投入使用就会有正回报的产品体系，在前期往往成本很高。工艺流程越先进，芯片研发所需的资本也将出现几何增长。在正式的流媒体实验之前，没有人知道这是否会成功，一旦失败，就需要重建。

目前国内能够设计量产商用6nm芯片的厂商只有四家，分别是华为海思、OPPO、联发科、阿里。其他厂商已经宣布今年将量产，但还没有真正推出商用产品。

一进入市场就选择走6nm高工艺，显然是一条看起来“危险”的路。据记者了解，6nm是先进工艺和成熟工艺的分水岭。一般来说，6nm的流延成本是12nm的2-3倍，大概几千万美元。同时，EUV(深紫外)光刻只用于6nm及以下的先进工艺，这也是最难的工艺水平。目前只有ASML有设备供应能力，而DUV(深紫外)光刻大多采用成熟工艺。

对此，江波介绍，Mariana团队在选路之初就对各种流程进行了评估。“比如做12nm芯片的研发周期、需要的基础IP以及相关接口的可用性都相对容易。坦率地说，在6nm工艺层面，我们整个设计团队要一起克服很多困难。”据报道，6纳米的R&D周期一般比成熟工艺长6-9个月左右。

他继续说道，之所以仍然选择6nm工艺，是因为Mariana团队在芯片开发之前进行了大量的模拟，最终得出的结论是，即使加上自研ip的投入，如果采用12nm工艺，也很难满足终端能耗的机制要求。“由于采用了6nm工艺，我们可以很好地支持同类产品中最好的EER，包括在RAW上进行复杂的算法处理。如果在完成12nm工艺后发现不如之前用5nm SoC做出来的整体使用效果好，那么再加这个芯片就没有意义了。”江波坦言，如果达不到基准手机厂商的使用效果，这款芯片将失去初期研发的意义。

这意味着进入6nm制程的OPPO可能会进入TSMC的战略客户名单，这也将为OPPO进一步定制手机的核心性能，尤其是高阶制程产品方面打开想象空。

如今，随着手机消费的不断升级，厂商们正试图摆脱以往基于供应链解决方案的创新发展模式，走向产业链间竞争甚至融合、技术能力不断下沉的探索阶段。同时也伴随着近年来手机品牌的快速减少。随着底层实力竞争的扩大，手机市场的马太效应之争也可能进一步蔓延。

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