合體」20個(gè)月，卷出安卓最強(qiáng)野獸X90！這顆國(guó)產(chǎn)「V2」，又把發(fā)哥帶飛了
發(fā)布人：傳感器技術(shù)
時(shí)間：2022-11-14
來(lái)源：工程師
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等下，蘋(píng)果芯片的性能竟然被「秒」了？而且這次出手的還是「發(fā)哥」？看起來(lái)，這次聯(lián)發(fā)科與vivo深度合作開(kāi)發(fā)的新旗艦，不僅要顛覆安卓老格局，這是想連蘋(píng)果都要一起拉下馬了。
真·地表最強(qiáng)：藍(lán)廠帶著發(fā)哥，支棱起來(lái)了
從極客灣放出的Geekbench 5 CPU跑分顯示，天璣9200多核跑分為4459分，比天璣9000有一定提升，不過(guò)，極客灣測(cè)試使用的是工程機(jī)，分?jǐn)?shù)僅供參考。從CPU多核性能看，整體略強(qiáng)于蘋(píng)果A14水平，距離A15和A16還有一定距離。
而且，無(wú)論是哪個(gè)，都擊敗了內(nèi)置蘋(píng)果M1芯片（跑分為125萬(wàn)）的蘋(píng)果iPad Pro。真就是，發(fā)哥戰(zhàn)未來(lái)？連架構(gòu)都改？自研芯片叒升級(jí)
要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就需要深入底層技術(shù)，甚至對(duì)芯片的架構(gòu)「動(dòng)刀」。對(duì)于手機(jī)AI計(jì)算而言，大致可分為平臺(tái)和外掛兩種解決方案：- 外掛芯片可減少軟件調(diào)度，高效專(zhuān)注于大密度AI運(yùn)算，但在特定場(chǎng)景下的運(yùn)算缺乏靈活性；
- 平臺(tái)SoC軟件部署靈活，NPU峰值算力上限高，但難以滿足大密度運(yùn)算的算力需求。
FIT的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，首先需要把大型復(fù)雜算法模塊進(jìn)行拆分。然后，把算力密度小、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的小模型部分，通過(guò)軟件部署在平臺(tái)NPU上。同時(shí)，把算力密度大、數(shù)據(jù)吞吐密集的大模型部分，部署在自研芯片V2硬件上，讓其中的三個(gè)單元處理各自擅長(zhǎng)的運(yùn)算內(nèi)容。最終，實(shí)現(xiàn)了在1/100秒內(nèi)完成雙芯互聯(lián)同步的高速協(xié)同計(jì)算。
而FIT雙芯互聯(lián)的最直接應(yīng)用，就是vivo最擅長(zhǎng)的計(jì)算攝影了。由于傳統(tǒng)ISP的濾波器普遍是手工設(shè)計(jì)的，雖然能以極低延時(shí)處理大量的數(shù)據(jù)流水，但是只能解決已知的、特定的問(wèn)題。那么對(duì)于那些復(fù)雜、未知的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，最好的解決方案就是救助于人工智能。但是，當(dāng)你把AI軟件算法部署到NPU上時(shí)，就需要以幀或塊為單位進(jìn)行處理信號(hào)。相比之下，傳統(tǒng)的ISP卻是以行為單位。與此同時(shí)，由于絕大部分平臺(tái)SoC片上SRAM容量有限，大量AI算法在接入ISP 管道后，要通過(guò)外部DDR來(lái)完成數(shù)據(jù)暫存和交互。這就會(huì)造成運(yùn)算與數(shù)據(jù)分離，犧牲了高性能AI運(yùn)算至關(guān)重要的Data-Locality要求，進(jìn)一步降低了性能。為了解決這一問(wèn)題，vivo在自研芯片V2上，把傳統(tǒng)的ISP架構(gòu)升級(jí)為AI-ISP架構(gòu)。進(jìn)而通過(guò)FIT雙芯互聯(lián)，第一次將平臺(tái)ISP-NPU與自研芯片V2的ISP-DLA作為一個(gè)整體，設(shè)計(jì)出了目前來(lái)說(shuō)最合理的AI算法處理架構(gòu)。而這，也是在異構(gòu)多芯片計(jì)算方向上，邁出的至關(guān)重要的第一步。
從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，V2的可以分為三個(gè)部分：- 圖像處理單元
- AI計(jì)算單元
- 片上內(nèi)存單元
具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于移動(dòng)端的AI處理，有三個(gè)相互關(guān)聯(lián)且共同決定能力上限的要素——算力容量，算力密度和數(shù)據(jù)密度。平臺(tái)SoC算力容量大，適合部署網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，但能效比不高，無(wú)法滿足對(duì)大密度AI運(yùn)算的需求。于是，vivo在自研芯片V2的設(shè)計(jì)中，加入了近存深度學(xué)習(xí)加速器（DLA）。其中，近存DLA通過(guò)全硬化MAC設(shè)計(jì)和大容量專(zhuān)用片上SRAM，強(qiáng)化算力密度和數(shù)據(jù)密度，從而釋放算力容量的潛力。
在算力密度上，得益于全硬化MAC設(shè)計(jì)，V2的近存DLA在實(shí)際AI運(yùn)算中，能夠達(dá)到100% MAC利用率。相比在平臺(tái)SoC軟件部署AI運(yùn)算，8bit算力密度提升了2-3倍。此外，vivo還針對(duì)專(zhuān)業(yè)視頻的10bit處理需求，在自研芯片V2中專(zhuān)門(mén)硬化了10bit的MAC單元——相比平臺(tái)SoC軟件部署所采用的合并運(yùn)算方式，10bit算力密度提升了4-6倍。
另一方面，數(shù)據(jù)密度受到傳統(tǒng)架構(gòu)von Neumann內(nèi)存墻的制約，大密度運(yùn)算會(huì)遇到數(shù)據(jù)填喂不足、運(yùn)算等待數(shù)據(jù)的問(wèn)題，極大限制了計(jì)算性能。為保證數(shù)據(jù)密度與算力密度的完美匹配，自研芯片V2在近存DLA內(nèi)配套設(shè)計(jì)了速度高達(dá)1.3萬(wàn)億bit/s的專(zhuān)用片上SRAM，并把容量提升到了等效45MB，比前一代的V1大了40%。這種近存DLA的設(shè)計(jì)，大幅減少了數(shù)據(jù)尋址和搬運(yùn)的功耗，與通常NPU采用的DDR外存設(shè)計(jì)相比，SRAM數(shù)據(jù)吞吐功耗理論最大可減少99.2%。
算力密度和數(shù)據(jù)密度的雙重提升，以及多項(xiàng)低功耗電路設(shè)計(jì)方法的加持，讓自研芯片V2的近存DLA在同等芯片制程條件下的表現(xiàn)遠(yuǎn)超同行競(jìng)品。也就是說(shuō)，內(nèi)核每瓦算力在運(yùn)行8bit MAC和10bit MAC時(shí)，分別達(dá)到了16.3TOPS/W和10.4TOPS/W。
如此一來(lái)，在部署相同算法時(shí)，自研芯片V2相比傳統(tǒng)NPU，能效比提升了200%。不出意外的話，在全新的AI-ISP架構(gòu)下，配合FIT雙芯互聯(lián)、近存DLA、專(zhuān)用片上SRAM等多項(xiàng)突破性設(shè)計(jì)，全新的V2又會(huì)讓手機(jī)計(jì)算攝影再次「起飛」。給我翻譯翻譯什么叫「專(zhuān)業(yè)攝影」
說(shuō)到效果，也是顯而易見(jiàn)：長(zhǎng)焦不抖了，暗光不糊了，就連按快門(mén)也沒(méi)延遲了。要知道，專(zhuān)業(yè)相機(jī)的快門(mén)延遲在30ms左右，而手機(jī)的快門(mén)延遲一般在170-300ms。結(jié)果就是，同時(shí)按下的快門(mén)，相機(jī)都出完片了，手機(jī)這邊可能還沒(méi)開(kāi)始曝光。于是，vivo全面優(yōu)化了圖像處理管線，通過(guò)提升Sensor啟動(dòng)速度，將快門(mén)延遲低到了專(zhuān)業(yè)相機(jī)的30ms。
手機(jī)長(zhǎng)焦拍攝通常存在兩個(gè)問(wèn)題：拍攝倍率過(guò)大時(shí)畫(huà)面會(huì)模糊（拍不清）、手持運(yùn)鏡導(dǎo)致畫(huà)面劇烈抖動(dòng)（拍不穩(wěn)）。為此，vivo借鑒科研領(lǐng)域天文望遠(yuǎn)鏡和高端顯微鏡的圖像處理流程，帶來(lái)全新的超清畫(huà)質(zhì)引擎。超清畫(huà)質(zhì)引擎從底層改寫(xiě)了ISP圖像處理鏈路，將圖像處理AI化，包含了Denoise降噪、Demosaic細(xì)節(jié)恢復(fù)、Deblur去模糊三大重要模塊，以及蔡司光學(xué)超分算法。
其中，核心便是vivo和蔡司聯(lián)合研發(fā)的蔡司光學(xué)超分算法。這套算法，能根據(jù)每個(gè)手機(jī)的模組特性做建模分析，通過(guò)逆運(yùn)算動(dòng)態(tài)調(diào)整，補(bǔ)償光學(xué)信息，突破鏡頭工藝的上限。在蔡司光學(xué)超分算法的加持下，5倍以上的焦段，拍攝解析力最高提升35%。
在應(yīng)對(duì)「手抖」方面，就到了Ultra Zoom EIS出場(chǎng)的時(shí)候了。這項(xiàng)技術(shù)包含了IMU（慣性測(cè)量單元）、OIS光學(xué)防抖與EIS電子防抖三大模塊。其中，IMU負(fù)責(zé)檢測(cè)抖動(dòng)，OIS/EIS負(fù)責(zé)抵消抖動(dòng)，軟硬協(xié)同防抖。如此一來(lái)，手機(jī)就能在20X以上倍率實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)抵消，讓被攝主體在畫(huà)面中趨于平穩(wěn)不會(huì)晃動(dòng)。
為了確保在暗光場(chǎng)景下也能實(shí)現(xiàn)這樣的能力，vivo做了多個(gè)算法的疊加，在手機(jī)攝影的全鏈路上都進(jìn)行了大幅優(yōu)化。首先，vivo和Sensor廠商深度合作，將Sensor ISO高感從上一代的16000提升到102400，暗光場(chǎng)景下的感光能力大幅提升。
其次，在運(yùn)動(dòng)抓拍時(shí)采用運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)多幀融合技術(shù)，一次快門(mén)生成多幀運(yùn)動(dòng)畫(huà)面，疊加vivo自研的RawEnhance2.0算法，可以把每一幀有用信息疊加在一起，讓暗光運(yùn)動(dòng)也無(wú)拖影。結(jié)果就是，在5lux的暗光環(huán)境下，畫(huà)面的細(xì)節(jié)表現(xiàn)提升17.3%的同時(shí)，噪聲降低了46%。
此外，vivo這類(lèi)拍攝上還采用了新一代運(yùn)動(dòng)測(cè)量與跳躍檢測(cè)算法，運(yùn)動(dòng)畫(huà)面定格能力相較于上一代提升58%。
什么是產(chǎn)品力？我可以不用，你不能沒(méi)有
「發(fā)哥」的芯片再厲害，最終的載體還是手機(jī)。而一部好用的手機(jī)，往往是芯片廠商和手機(jī)廠商精誠(chéng)合作的結(jié)晶。作為一個(gè)主打年輕用戶的手機(jī)廠商，這些年vivo一直在探索一個(gè)問(wèn)題：年輕人用手機(jī)，最看重什么？流暢游戲、動(dòng)畫(huà)絲滑、光速加載、屏幕不傷眼、多任務(wù)切換不卡、拒絕「殺后臺(tái)」、續(xù)航不拉胯......即使有些佛系用戶的要求要低得多，但手機(jī)行業(yè)卷了這么多年，「我可以不用，你不能沒(méi)有」早已成為衡量旗艦安卓機(jī)的產(chǎn)品力的一個(gè)基準(zhǔn)。作為國(guó)內(nèi)手機(jī)大廠之一，早在20個(gè)月之前，vivo與聯(lián)發(fā)科就已經(jīng)展開(kāi)密切合作。雙方在影像、游戲、AI、顯示、通信、功耗、UX性能等多領(lǐng)域展開(kāi)深度聯(lián)合研發(fā)。
此次，雙方加深合作深度，帶來(lái)了5個(gè)聯(lián)合研發(fā)的重磅功能：MCQ多循環(huán)隊(duì)列、王者榮耀自適應(yīng)畫(huà)質(zhì)模式、芯片護(hù)眼、APU框架融合、AI機(jī)場(chǎng)模式。MCQ多循環(huán)隊(duì)列：多核場(chǎng)景，高速傳輸MCQ多循環(huán)隊(duì)列，是業(yè)內(nèi)針對(duì)未來(lái)多核場(chǎng)景考量，為發(fā)揮CPU極致性能，重新定義的一款全新處理引擎。MCQ最多可為CPU和UFS之間的數(shù)據(jù)交換提供8條通道傳輸，有效提升CPU的數(shù)據(jù)并發(fā)處理能力，讓?xiě)?yīng)用軟件切換和后臺(tái)下載喚醒更快、更流暢。
經(jīng)測(cè)試，搭載MCQ技術(shù)后，隨機(jī)寫(xiě)入速度增加了16.7%以上，安兔兔跑分近5000分，而在更多更實(shí)用的場(chǎng)景的體驗(yàn)也有明顯提升——比如大型APP的安裝速度。在vivo和聯(lián)發(fā)科的聯(lián)合開(kāi)發(fā)下，天璣9200旗艦平臺(tái)成為行業(yè)首個(gè)支持MCQ的平臺(tái)，相信越來(lái)越多的平臺(tái)會(huì)頻繁使用到這一功能。
王者榮耀自適應(yīng)畫(huà)質(zhì)模式：提升續(xù)航，控制溫度該模式由vivo攜手聯(lián)發(fā)科、王者榮耀三方聯(lián)合研發(fā)，是基于MAGT游戲自適應(yīng)循環(huán)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)黑科技。vivo透過(guò)平臺(tái)服務(wù)，與游戲應(yīng)用間的即時(shí)信息交換，游戲應(yīng)用可針對(duì)信息即時(shí)逐幀調(diào)控，達(dá)到一個(gè)「自適應(yīng)閉循環(huán)」。
經(jīng)實(shí)測(cè)，開(kāi)啟自適應(yīng)模式后，在26℃環(huán)境下，在王者榮耀120+極致配置下運(yùn)行1小時(shí)，游戲幀率接近滿幀（119.9），均方差僅有0.92，達(dá)到了業(yè)界頂級(jí)水平。這個(gè)成績(jī)，有點(diǎn)頂了。
芯片護(hù)眼：實(shí)時(shí)偵測(cè)，實(shí)時(shí)降藍(lán)光視力健康現(xiàn)在越來(lái)越被大家重視，護(hù)眼也成為年輕人選購(gòu)手機(jī)時(shí)的重要考量因素。最傷眼的「藍(lán)光」，自然成為了vivo想方設(shè)法要對(duì)抗的天敵。芯片在「降藍(lán)光」上的角色至關(guān)重要。
vivo和聯(lián)發(fā)科共同在天璣 9200旗艦平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的智能降藍(lán)光技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)偵測(cè)畫(huà)面的藍(lán)光占比，通過(guò)創(chuàng)新性的算法并硬化成IP的方式，實(shí)時(shí)降低藍(lán)光。讓高能可見(jiàn)藍(lán)光占比小于5%，色偏程度降低12%。同時(shí)，能夠根據(jù)檢測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整畫(huà)面色彩效果，在降低藍(lán)光的同時(shí)保證屏幕不偏色，實(shí)現(xiàn)了行業(yè)性突破。APU聯(lián)合調(diào)優(yōu)：能效驟增，優(yōu)化協(xié)同天璣9200旗艦平臺(tái)的第六代APU690算力高達(dá)30TOPS，能效比相較上代提升了45%。基于APU硬件特性，聯(lián)發(fā)科提供了NeuronRuntime軟件加速框架，vivo將NeuronRuntime底層通用能力封裝到自研的VCAP異構(gòu)計(jì)算加速平臺(tái)中。從芯片底層到框架層，VCAP在訪存處理、動(dòng)態(tài)量化、指令流水線等維度實(shí)現(xiàn)深度優(yōu)化，讓算法在多個(gè)處理器之間協(xié)同調(diào)度，帶來(lái)顯著的能效提升。
基于這套方案，vivo在APU上實(shí)現(xiàn)了相機(jī)超清文檔、實(shí)況文本、離線語(yǔ)音輸入法等多項(xiàng)應(yīng)用上的性能優(yōu)化。以離線語(yǔ)音輸入法為例，vivo支持全離線語(yǔ)音輸入，確保數(shù)據(jù)不出端，用戶隱私安全不外泄。這是行業(yè)首次實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音轉(zhuǎn)換算法NPU優(yōu)化落地。對(duì)比行業(yè)通用的CPU方案，功耗優(yōu)化30%，性能提升50%。
AI機(jī)場(chǎng)模式：飛行節(jié)能，落地速連AI機(jī)場(chǎng)模式包含兩大AI引擎：感知AI引擎、搜網(wǎng)AI引擎。在這一模式下，手機(jī)通過(guò)感知AI引擎準(zhǔn)確感知用戶進(jìn)入機(jī)場(chǎng)與飛機(jī)的起飛降落，再通過(guò)搜網(wǎng)AI引擎來(lái)準(zhǔn)確識(shí)別目的地，并智能調(diào)控搜網(wǎng)策略。
開(kāi)啟這個(gè)模式，若手機(jī)開(kāi)啟飛行模式，起飛后至降落前平均可以節(jié)能 30%。
關(guān)閉飛行模式后，捕獲網(wǎng)絡(luò)的速度也大幅優(yōu)化。由7.41秒縮短至1.52秒，提速79%。用了30多年的底層算法，改了！
天璣9200旗艦平臺(tái)的驚艷表現(xiàn)離不開(kāi)底層的優(yōu)化，vivo與聯(lián)發(fā)科一道，對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)等底層能力進(jìn)行了內(nèi)核級(jí)創(chuàng)新。完美適應(yīng)多極限場(chǎng)景，4K60幀視頻錄制功耗大降此次，vivo與MediaTek「雙芯聯(lián)調(diào)」的效果首先體現(xiàn)在影像功能的表現(xiàn)上。經(jīng)過(guò)雙方共同優(yōu)化，新平臺(tái)多種拍攝場(chǎng)景下的表現(xiàn)大幅提升，并首次以極低的功耗實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的循環(huán)視差網(wǎng)絡(luò)，大幅優(yōu)化能效表現(xiàn)，能耗降低了15%。尤其是在4K 60幀極限錄像場(chǎng)景中，天璣9200的功耗相比天璣9000，足足降低了25%。
游戲：全流程提速，幀數(shù)穩(wěn)定溫度低在游戲場(chǎng)景下，新發(fā)布的Origin OS3不僅帶來(lái)了游戲超分等「黑科技」，還通過(guò)疾速啟動(dòng)引擎和網(wǎng)絡(luò)加速引擎增強(qiáng)游戲表現(xiàn)，對(duì)游戲的下載、啟動(dòng)、加載、運(yùn)行等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位優(yōu)化。
而王者榮耀在120幀+極致畫(huà)質(zhì)下，能接近滿幀地運(yùn)行1小時(shí)，就是對(duì)冷勁、全速最好的解釋。研發(fā)竟要腳踏「兩條船」
那么，自研芯片的效果到底如何呢？拋開(kāi)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略不談，就單從銷(xiāo)量上來(lái)看，完全稱(chēng)得上是「效果拔群」。報(bào)告顯示，2022年第二季度在X80的推動(dòng)下，vivo在600美元到799美元（約合人民幣4100元到5470元）區(qū)間段銷(xiāo)量同比增長(zhǎng)504%，vivo的整體銷(xiāo)量同比增長(zhǎng)91%，取代華為排到了第二位。
不論是影像技術(shù)迭代，還是芯片架構(gòu)升級(jí)，亦或是屏幕顯示優(yōu)化，單純的硬件堆疊和算法配置都無(wú)法真正讓人滿意。實(shí)際上在去年，在vivo首顆自研影像芯片V1推出時(shí)，vivo的手機(jī)影像正式邁入了硬件級(jí)算法時(shí)代。硬件調(diào)校自然是硬件廠商的拿手絕活，為了發(fā)揮出硬件的極致潛力，vivo叫上了聯(lián)發(fā)科——把自己的算法、架構(gòu)固化到芯片層面，與聯(lián)發(fā)科開(kāi)展深度聯(lián)調(diào)。vivo與聯(lián)發(fā)科雙方的合作，從一開(kāi)始就確立了一個(gè)目標(biāo)，軟硬協(xié)同，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)性能全方面的突破。一年后，當(dāng)性能和功耗同時(shí)具備驚人表現(xiàn)的天璣9200，遇上vivo的自研芯片，結(jié)果就是，「煥然一新」的天璣9200不僅有了更高的能效比、更快的響應(yīng)速度，而且還擁有更強(qiáng)的游戲體驗(yàn)。
圍繞這一目標(biāo)，雙方都投入了精英開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)超過(guò)20個(gè)月的開(kāi)發(fā)周期，大幅革新了軟件通路架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了1+1>2的效果。如果說(shuō)，自主研發(fā)是vivo有別于他人的賽道選擇，聯(lián)合研發(fā)則是vivo突破技術(shù)邊界的堅(jiān)定嘗試。與硬件廠商深度合作，走軟硬件聯(lián)合開(kāi)發(fā)，雙管齊下之路，對(duì)于構(gòu)建可持續(xù)的健康生態(tài)圈、培養(yǎng)用戶使用習(xí)慣，乃至擴(kuò)展合作和產(chǎn)業(yè)鏈渠道而言，都是一種追求長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略布局。
在這方面，軟硬件高度一體化的蘋(píng)果，早已經(jīng)走到了行業(yè)的最前頭。而現(xiàn)在，在這條已經(jīng)被無(wú)數(shù)成功驗(yàn)證過(guò)的道路上，出現(xiàn)了越來(lái)越多的前行者。vivo和聯(lián)發(fā)科都知道，合作越深，步子越大，未來(lái)才有前途。正是一直以來(lái)的堅(jiān)持，讓vivo努力做得比別人更好，在這條路上，vivo走得比別人更踏實(shí)、更長(zhǎng)遠(yuǎn)。 來(lái)源：新智元
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