OPPO 用几千人的团队，脚踏实地做自研芯片！两年迈出"一小步"：推出影像专用NPU，AI算力击败iPhone13！

EETOP 2021-12-15 09:20
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学习IC设计好课，就在创芯大讲堂

在2019年的第一届OPPO未来科技大会上，OPPO创始人陈明永提出，公司在未来三年内，要用500亿投入研发。就在这一年里，OPPO正式成了芯片技术委员会（TMG），吹响了进军自研芯片的号角。从去年开始传出OPPO开始广挖芯片专家，再到今年爆出OPPO 给应届生开出40万年薪，招揽芯片人才。可以看出OPPO造芯动力十足。
如今，传闻已久的OPPO自研芯片终于揭开面纱！就在昨天的OPPO未来科技大会2021（OPPO INNO DAY 2021）上，OPPO正式发布了首个影像专用NPU芯片马里亚纳®️ MariSilicon X。
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不同于小米、vivo那样选择相对简单的ISP图像芯片，大家猜到了OPPO造芯，却没有猜到OPPO第一次做芯片，就选择了难度极高的6nm先进制程工艺、集成了30亿颗晶体管、AI算力超过了苹果iPhone13的影像专用NPU芯片。

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“马里亚纳是世界上最深的海沟，代表着自研芯片之艰难。”OPPO创始人兼首席执行官陈明永表示，“马里亚纳 MariSilicon X只是OPPO自研芯片的一小步，OPPO未来会持续投入资源，用几千人的团队，去脚踏实地做自研芯片。无论前路多少挑战，我们都将坚持不懈，咬定青山不放松。”

OPPO芯片产品高级总监姜波表示：“马里亚纳 MariSilicon X是 OPPO未来十年影像的开篇之作，它的问世标志着OPPO在计算影像领域首次实现了全链路垂直整合，将完全服务于OPPO定制化的计算影像需求。未来，马里亚纳MariSilicon X 将和通用平台一起构成了手机核心运算的左右大脑，正式开启‘一机双芯’时代。”
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接下来看看这颗马里亚纳 MariSilicon X 芯片作为 OPPO 发布第一颗自研芯片拥有哪些特点：
作为OPPO首个自主设计和研发的影像专用NPU芯片，马里亚纳 MariSilicon X是全球首个采用6nm先进制程工艺的移动端独立NPU，具有四大技术突破：

  • 空前强大的AI计算能效

  • 行业领先的Ultra HDR

  • 无损的实时RAW计算

  • 最大化传感器能力的RGBW Pro

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6纳米先进制程
采用台积电6nm工艺制程，可有效支撑同级最好的能效比，包括在RAW上的复杂算法处理；
设计之初，OPPO曾经面临6纳米和12纳米的选择。6纳米芯片不仅造价昂贵，而且设计难度极高。在成本方面，比12纳米的高出2-3倍，并且其每次试验流片的费用高达1亿元，一旦失败，大量人力物力将付诸东流，推倒重来。
姜波表示，做一款专用NPU，性能要强于现在的通用NPU，研制初期内部做了很多仿真，最后得出的结论是，即便有 MariNeuro、MariLumi 等自研的 IP 投入，用 12nm 也很难达到作为终端层面功耗性能极致的要求，因此认为是必须选择 6nm。
空前强大的AI计算能效
马里亚纳 MariSilicon X采用面向未来AI时代的新黄金架构理念——DSA（DomainSpecific Architecture），实现了“专芯专用”，马里亚纳 MariSilicon X集成了自研的MariNeuro®️ AI计算单元，提供高达18TOPS的最大有效算力！这个算力已经超过苹果iPhone13的A15。

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此外能效可以做到惊人的11.6TOPs/w，面向OPPO自研AI算法，实现最高效的计算加速和功耗优化。
据悉目前大多数NPU能效比都没有超过10TOPs/w。姜波表示：“对于手机NPU来说，AI算力的提升并不是难点，因为这是可以通过增加NPU的面积把算力堆起来的。但是，手机内部的空间是有限的，并且有着严苛的功耗及热性能的限制，所以高能效比才是关键。而要想实现11.6TOPS/W能效比则是非常难的。”
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例如在运行OPPO自研的AI降噪算法时，马里亚纳MariSilicon X能够以4K的规格，实现40fps的处理速度，相比于此前Find X3 Pro（骁龙888）通用NPU支持的2fps速度，实现了20倍的性能跃升，同时功耗降低超过50%，体现了越专用越高效的显著优势。
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马里亚纳MariSilicon X还采用了创新的双层存储架构，为AI计算的卓越能效和实时性提供有力的支持。其中，马里亚纳MariSilicon X集成了片上的内存子系统，可提供高达每秒万亿比特的超大吞吐量，保障海量的AI数据在计算时无需离开AI计算单元，避免内外部数据交换带来的读写功耗。此外，马里亚纳 MariSilicon X还配备了独立DDR带宽，传输速度高达8.5GB/秒，为芯片内各个计算单元提供独立带宽，让超强算力不会被读写速度所限制。独立DDR带宽的加入，也为手机系统总带宽带来了17%的增量。
Ultra HDR 行业领先的影像处理能力，设立HDR新标杆
马里亚纳 MariSilicon X还集成了自研的MariLumi®️ 影像处理单元，并实现了HDR性能的新突破。
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MariLumi影像处理单元支持最高20bit的处理位宽，并支持惊人的20bit Ultra HDR，是目前旗舰平台HDR能力的4倍。在即时呈现出的画面中，最亮与最暗之处的亮度对比极值达到100万比1，几乎与人眼真实的感受无异。
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MariSilicon X 4K视频截图 V.S. Find X3 Pro, iPhone13 4K视频截图
20bit 实时RAW计算，计算影像无损处理的新范式
马里亚纳 MariSilicon X的强大性能帮助OPPO重塑无损影像链路，将传统链路只能在后端完成的AI计算推向了拥有最多原始信息的最前端——RAW域，为计算摄影的未来发展带来革新。
传统计算摄影的视频处理基本是在影像链路的最末端，即YUV域执行，但链路中的多次转换会导致图像数据丢失了大量的信息和细节，这也导致传统计算摄影只能对有损的信息进行处理，无法实现最佳的效果。
马里亚纳MariSilicon X引领性地将复杂的AI算法以及20bit HDR融合全部前置到RAW域进行，让AI计算不再受限于信息量的损耗，为整个影像链路输出高质量的图像数据。与传统后端计算相比，马里亚纳 MariSilicon X的实时RAW计算能够带来8dB的图像信噪比提升。
专属的RGBW Pro模式，实现传感器能力的最大化
拥有马里亚纳 MariSilicon X之后，OPPO第一次完成了影像垂直链路整合，RGBW Pro模式就是最好的例证。通过双通路设计，马里亚纳MariSilicon X首次实现了对RGB和W像素的分隔处理，最大化利用每一种像素特性，释放出RGBW阵列的全部潜力。马里亚纳 MariSilicon X的RGBW Pro模式带来了8.6dB的信噪比提升，以及1.7倍的解析力提升，在传感器尺寸规格都没有变化的前提下实现大幅的影像效果增强。
AI夜景视频首次达到4K规格，计算影像的新标杆
在四项前沿技术突破的加持下，马里亚纳 MariSilicon X以同时支持4K+20bit RAW计算+AI+Ultra HDR的全新规格，为计算影像树立了全新标准，让安卓AI视频，首次拥有了4K表现；也让4K视频，第一次拥有了AI能力。
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马里亚纳 MariSilicon X 4K视频截图 V.S. Find X3 Pro 4K视频截图
结语
马里亚纳 MariSilicon X将于2022年第一季度在OPPO高端旗舰Find X系列新品首发搭载，MariSilicon X不仅仅是OPPO第一个自研芯片，它更是一把钥匙，以双芯时代正式开启面向未来十年的计算影像新篇章。

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