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OPPO 用幾千人的團隊，腳踏實地做自研芯片！兩年邁出"一小步"：推出影像專用NPU，AI算力擊敗iPhone13！

2021-12-15 09:50:03 EETOP

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在2019年的第一屆OPPO未來科技大會上，OPPO創(chuàng)始人陳明永提出，公司在未來三年內(nèi)，要用500億投入研發(fā)。就在這一年里，OPPO正式成了芯片技術(shù)委員會（TMG），吹響了進軍自研芯片的號角。從去年開始傳出OPPO開始廣挖芯片專家，再到今年爆出OPPO 給應屆生開出40萬年薪，招攬芯片人才。可以看出OPPO造芯動力十足。

如今，傳聞已久的OPPO自研芯片終于揭開面紗！就在昨天的OPPO未來科技大會2021（OPPO INNO DAY 2021）上，OPPO正式發(fā)布了首個影像專用NPU芯片馬里亞納®? MariSilicon X。

不同于小米、vivo那樣選擇相對簡單的ISP圖像芯片，大家猜到了OPPO造芯，卻沒有猜到OPPO第一次做芯片，就選擇了難度極高的6nm先進制程工藝、集成了30億顆晶體管、AI算力超過了蘋果iPhone13的影像專用NPU芯片。

“馬里亞納是世界上最深的海溝，代表著自研芯片之艱難。”OPPO創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官陳明永表示，“馬里亞納 MariSilicon X只是OPPO自研芯片的一小步，OPPO未來會持續(xù)投入資源，用幾千人的團隊，去腳踏實地做自研芯片。無論前路多少挑戰(zhàn)，我們都將堅持不懈，咬定青山不放松。”

OPPO芯片產(chǎn)品高級總監(jiān)姜波表示：“馬里亞納 MariSilicon X是 OPPO未來十年影像的開篇之作，它的問世標志著OPPO在計算影像領(lǐng)域首次實現(xiàn)了全鏈路垂直整合，將完全服務(wù)于OPPO定制化的計算影像需求。未來，馬里亞納MariSilicon X 將和通用平臺一起構(gòu)成了手機核心運算的左右大腦，正式開啟‘一機雙芯’時代。”

接下來看看這顆馬里亞納 MariSilicon X 芯片作為 OPPO 發(fā)布第一顆自研芯片擁有哪些特點：

作為OPPO首個自主設(shè)計和研發(fā)的影像專用NPU芯片，馬里亞納 MariSilicon X是全球首個采用6nm先進制程工藝的移動端獨立NPU，具有四大技術(shù)突破：

空前強大的AI計算能效
行業(yè)領(lǐng)先的Ultra HDR
無損的實時RAW計算
最大化傳感器能力的RGBW Pro

6納米先進制程

采用臺積電6nm工藝制程，可有效支撐同級最好的能效比，包括在RAW上的復雜算法處理；
設(shè)計之初，OPPO曾經(jīng)面臨6納米和12納米的選擇。6納米芯片不僅造價昂貴，而且設(shè)計難度極高。在成本方面，比12納米的高出2-3倍，并且其每次試驗流片的費用高達1億元，一旦失敗，大量人力物力將付諸東流，推倒重來。
姜波表示，做一款專用NPU，性能要強于現(xiàn)在的通用NPU，研制初期內(nèi)部做了很多仿真，最后得出的結(jié)論是，即便有 MariNeuro、MariLumi 等自研的 IP 投入，用 12nm 也很難達到作為終端層面功耗性能極致的要求，因此認為是必須選擇 6nm。
空前強大的AI計算能效
馬里亞納 MariSilicon X采用面向未來AI時代的新黃金架構(gòu)理念——DSA（DomainSpecific Architecture），實現(xiàn)了“專芯專用”，馬里亞納 MariSilicon X集成了自研的MariNeuro®? AI計算單元，提供高達18TOPS的最大有效算力！這個算力已經(jīng)超過蘋果iPhone13的A15。

此外能效可以做到驚人的11.6TOPs/w，面向OPPO自研AI算法，實現(xiàn)最高效的計算加速和功耗優(yōu)化。

據(jù)悉目前大多數(shù)NPU能效比都沒有超過10TOPs/w。姜波表示：“對于手機NPU來說，AI算力的提升并不是難點，因為這是可以通過增加NPU的面積把算力堆起來的。但是，手機內(nèi)部的空間是有限的，并且有著嚴苛的功耗及熱性能的限制，所以高能效比才是關(guān)鍵。而要想實現(xiàn)11.6TOPS/W能效比則是非常難的。”

例如在運行OPPO自研的AI降噪算法時，馬里亞納MariSilicon X能夠以4K的規(guī)格，實現(xiàn)40fps的處理速度，相比于此前Find X3 Pro（驍龍888）通用NPU支持的2fps速度，實現(xiàn)了20倍的性能躍升，同時功耗降低超過50%，體現(xiàn)了越專用越高效的顯著優(yōu)勢。

馬里亞納MariSilicon X還采用了創(chuàng)新的雙層存儲架構(gòu)，為AI計算的卓越能效和實時性提供有力的支持。其中，馬里亞納MariSilicon X集成了片上的內(nèi)存子系統(tǒng)，可提供高達每秒萬億比特的超大吞吐量，保障海量的AI數(shù)據(jù)在計算時無需離開AI計算單元，避免內(nèi)外部數(shù)據(jù)交換帶來的讀寫功耗。此外，馬里亞納 MariSilicon X還配備了獨立DDR帶寬，傳輸速度高達8.5GB/秒，為芯片內(nèi)各個計算單元提供獨立帶寬，讓超強算力不會被讀寫速度所限制。獨立DDR帶寬的加入，也為手機系統(tǒng)總帶寬帶來了17%的增量。

Ultra HDR 行業(yè)領(lǐng)先的影像處理能力，設(shè)立HDR新標桿

馬里亞納 MariSilicon X還集成了自研的MariLumi®? 影像處理單元，并實現(xiàn)了HDR性能的新突破。

MariLumi影像處理單元支持最高20bit的處理位寬，并支持驚人的20bit Ultra HDR，是目前旗艦平臺HDR能力的4倍。在即時呈現(xiàn)出的畫面中，最亮與最暗之處的亮度對比極值達到100萬比1，幾乎與人眼真實的感受無異。

20bit 實時RAW計算，計算影像無損處理的新范式

馬里亞納 MariSilicon X的強大性能幫助OPPO重塑無損影像鏈路，將傳統(tǒng)鏈路只能在后端完成的AI計算推向了擁有最多原始信息的最前端——RAW域，為計算攝影的未來發(fā)展帶來革新。

傳統(tǒng)計算攝影的視頻處理基本是在影像鏈路的最末端，即YUV域執(zhí)行，但鏈路中的多次轉(zhuǎn)換會導致圖像數(shù)據(jù)丟失了大量的信息和細節(jié)，這也導致傳統(tǒng)計算攝影只能對有損的信息進行處理，無法實現(xiàn)最佳的效果。

馬里亞納MariSilicon X引領(lǐng)性地將復雜的AI算法以及20bit HDR融合全部前置到RAW域進行，讓AI計算不再受限于信息量的損耗，為整個影像鏈路輸出高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)后端計算相比，馬里亞納 MariSilicon X的實時RAW計算能夠帶來8dB的圖像信噪比提升。

專屬的RGBW Pro模式，實現(xiàn)傳感器能力的最大化

擁有馬里亞納 MariSilicon X之后，OPPO第一次完成了影像垂直鏈路整合，RGBW Pro模式就是最好的例證。通過雙通路設(shè)計，馬里亞納MariSilicon X首次實現(xiàn)了對RGB和W像素的分隔處理，最大化利用每一種像素特性，釋放出RGBW陣列的全部潛力。馬里亞納 MariSilicon X的RGBW Pro模式帶來了8.6dB的信噪比提升，以及1.7倍的解析力提升，在傳感器尺寸規(guī)格都沒有變化的前提下實現(xiàn)大幅的影像效果增強。

AI夜景視頻首次達到4K規(guī)格，計算影像的新標桿

在四項前沿技術(shù)突破的加持下，馬里亞納 MariSilicon X以同時支持4K+20bit RAW計算+AI+Ultra HDR的全新規(guī)格，為計算影像樹立了全新標準，讓安卓AI視頻，首次擁有了4K表現(xiàn)；也讓4K視頻，第一次擁有了AI能力。