OPPO自研芯片大冒险：有钱有人还有耐心

文︱ 王树一

图︱ OPPO、网络

在2021未来 科技 大会（OPPO InnoDay 2021）上，OPPO隆重推出首款自研芯片马里亚纳 X（MariSilicon X）影像专用NPU（神经网络处理器），这是OPPO自研芯片“深海计划”的第一个里程碑。

该芯片采用应用领域专用架构（DSA），对影像处理做出极致优化，内部集成ISP位宽达到20位，高通骁龙一代（ISP位宽为18位）等竞品，实现了目前手机处理影像单元的最高位宽，高位宽ISP带来高动态范围，从现场演示的马里亚纳 X 4K视频处理效果来看，与当前旗舰机型相比，效果有显著提升。

与传统手机影像处理算法在RGB域或YUV域不同，马里亚纳 X将影像处理算法提前至原始数据域（即RAW域），在RAW域处理，能有效避免信息损失，实现无损处理，根据OPPO提供的测试结果，相比传统方法，马里亚纳 X在RAW域处理能带来额外8dB信噪比提升；在图像传感器处理环节，马里亚纳 X支持RGBW Pro模式，实现了对RGB和W通道的分隔处理，最大化每一种像素特性，释放了RGBW矩阵的潜力，在图像传感器尺寸不变的情况下，与传统方法相比，可以提升8.6dB信噪比，解析力也提升1.7倍。

具体到计算能力，采用自研AI计算单元的马里亚纳 X，最高算力达到18TOPS，移动设备对于功耗的要求其实比性能还要严苛，因此OPPO芯片研发团队对该芯片的功耗做了大量优化工作，使其能效比达到11.6 TOPS/W，同样也是业界领先。

OPPO透露，马里亚纳 X采用台积电6纳米工艺，已经完成量产准备工作，将于2022年一季度首发于OPPO新一代Find X系列手机中。

从三年百亿开始

近年来，手机功能创新主导权已经从主芯片公司向整机厂转移，只有具备与大规模终端用户的直接沟通渠道，才能了解市场上真正需要什么，主芯片公司在这方面劣势越加明显，而整机厂自己开发芯片的需求也越强烈，有苹果和华为的成功案例在前，国内手机大厂不乏跃跃欲试者。

但随着手机功能越来越复杂，作为最核心元器件的手机主处理器（SoC）开发难度越来越高。目前旗舰手机处理器均采用当前可用到的最先进工艺，集成晶体管数量超过百亿个，要数千名工程师通力协作两年以上时间才能完成，仅把设计文件提交给晶圆代工厂去制造的流片费用就高达数千万美元，再加上IP购买、工具设备投入、专利授权等费用，从概念提出到正式量产，一款旗舰手机处理器芯片研发成本不低于造车，没有百亿投入最好不要想。

OPPO表示投入的3年500亿并不完全是花在芯片领域，但假设三分之一投入到芯片自研上，至少这个投入量级是对的，旗舰手机芯片研发是碎钞机，三年没有百亿投入，研发出来的产品基本不能用，这样的投入还不如不投入。

在本次发布会上，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。”

OPPO创始人兼首席执行官陈明永

OPPO自研芯片的冒险之旅

在马里亚纳 X发布环节和受访时，OPPO 芯片产品高级总监姜波一度接近哽咽，非常激动。“我们的建团的时间非常短，切入点又很陡峭，坦白说难度非常高，团队每个成员从一开始就承担了极大压力，”姜波说，“我们招的都是经验丰富的人才，如果现做一颗平庸的产品练手整合团队，相对还比较容易。但MariSilicon X，从核心IP到整个芯片前端、后端，包括软件、硬件，全部采用自研方式开发，这是非常大的挑战，理念上又追求极致，2019年我们去定规格设的目标非常高，哪怕到今天最顶级的SOC还做不到（注：指ISP位宽）。”

OPPO 芯片产品高级总监姜波

姜波表示，OPPO芯片工程团队非常辛苦，每天承受着巨大的压力，等到芯片点亮那一刻，自然激动异常。而且自2019年才开始建队，第一颗就采用6纳米工艺，马里亚纳 X却一次流片成功，后续连一道金属层修改（metal fix）都不需要即可量产，这其中研发人员付出的心血与决策者承担的风险可想而知。

姜波举了一个例子，2019年市场上能买到的MIPI（移动影像传输接口）接口IP最高速度只能支持到3.5Gbps，但由于马里亚纳 X指标定的高，需要至少做到4.5Gbps才能适配处理速度，由于没有成熟的商用第三方IP，OPPO团队只能靠自研来实现6纳米工艺下的4.5Gbps MIPI接口。模拟接口模块的性能对于工艺适配要求较多，而仿真通常不能覆盖全部场景，如果以前没有做过6纳米工艺，那么业内通行做法是先采用试车机会（Shuttle，即与多人拼盘购买晶圆厂测试性工程样品流片机会）把设计交给晶圆厂流片来测试设计与工艺的匹配度，测试样片拿回来测试以后，根据测试结果调整设计，设计与工艺匹配有把握以后，再正式流片，即所谓全光罩（full mask）流片。

“由于时间压力，我们把迭代流程完全取消了，这意味着做IP的同事面临非常大的压力。”姜波表示，由于模拟设计工程师超高的能力、经验和责任心，马里亚纳 X中集成的MIPI IP在未做工艺验证的情况下一次性成功，承受了巨大的压力，也体现了强大的能力。

马里亚纳 X首战告捷，确实体现了OPPO芯片军团的战斗力，但正如陈明永所说，这只是OPPO自研芯片的一小步。毕竟，NPU相比手机主处理器还是简化了很多，以海思的实力，也是在迭代数代之后才开始翻身，之前芯片都被视作华为手机的短板。OPPO起点更高，初期投入强度更大，迭代周期可能不需要海思那么长，但如何将这几千人的团队打造成如臂使指、信念统一的真正铁军，将这批芯片人的战斗力真正发挥出来，将是OPPO高管面临的考验。

对待芯片这样基础性技术的研发，一定要有耐心，要做好迭代三五代都可能做不出成功产品的心理准备。好在，从陈明永的话来看，他做好了心理准备。陈明永说：“马里亚纳是世界上最深的海沟，代表着自研芯片之艰难。无论前路多少挑战，我们都将坚持不懈，咬定青山不放松。”

手机创新主导权归于整机厂

前有苹果、华为，后特斯拉、OPPO，整机厂自己开发芯片又成潮流，其实复杂功能的产品定义主导权一直在芯片公司和整机厂商之间摇摆。

在半导体技术刚刚产业化时，独立半导体公司极少，多数是系统厂商（即整机厂）内部设置半导体部门，典型代表如摩托罗拉（后分出飞思卡尔）、飞利浦（后分出恩智浦）和西门子（后分出英飞凌）等，这些公司的半导体部门生成的芯片只供自用，理论上也可以为自家产品提供最优化设计。

但随着半导体产业逐渐成熟，更新迭代技术所需投入不断加大，靠单一公司难以维持相应投入，于是这些系统公司的半导体部门纷纷独立出来，开始向市场上所有潜在客户兜售其产品，这样就需要增加芯片的通用性，代价即成本增加，也难以对单一客户应用做到性能最优化——除非为该客户做定制化开发。但这些代价对当时而言都可以接受，所以在1990年代至2010年代，主流电子产品研发模式为芯片公司定义主要参与与指标，整机厂在芯片公司提供的芯片功能与性能基础上去做二次开发，整机需求通过与芯片公司产品经理沟通来实现。

但随着智能手机出现，情况出现了变化。首先是单一厂商出货量满足了复杂芯片开发的规模要求，从Canalys给出的数据来看，前五大手机厂商2020年出货量均超过一亿部，只有年出货量达到数千万或上亿才能符合用先进工艺开发手机处理器的先决条件——手机芯片产出利润能够覆盖百数十亿计的年研发成本。

再者，以手机为代表的现代智能设备，整机功能拓展方向既广又深，只有一线整机大厂才能积累足够的用户反馈与技术预研，芯片设计公司即便养再多的系统设计人员，也无法建立起类似一线整机大厂那样足够多出货量才能实现的设计反馈机制。这也就是姜波在接受 探索 科技 （techsugar）等媒体采访时，反复强调的系统优势。

“OPPO是终端厂商，更明白用户痛点在哪里，用户场景的价值点在何处，我们会根据应用场景来调整相应的硬件架构，提升能效比，提升有效算力。”姜波说，在手机上堆NPU算力其实不难，只要把面积放大就行，但芯片能效比要做到马里亚纳 X的水平，需要克服非常大的挑战，更离不开整机端同事的密切配合。

马里亚纳 X是OPPO自研芯片的第一步，是非常成功的一步，但确实只是万里长征的第一步，要挑战手机主处理器芯片还有很多难关要翻越。但只要OPPO坚定做好核心技术要有“咬定青山不放松”的恒心，勿忘勿助，给自己团队留出足够长的时间去迭代去成熟，芯片技术加终端能力，无疑将在以后的市场竞争中发挥巨大的威力。

最后，用我在个人社交媒体账号上的一段话作为结尾：

难。

招聘学历为全日制博士研究生，而且需要经过简历初筛，线上测评，电话面试，视频面试，终面几大环节通过后才可被录用。

中车时代电气具备国内唯一自主8英寸IGBT芯片产线，拥有新型功率半导体器件国家重点实验室，是全球第二大深海机器设计制造商。

导语：找到黑匣子后，事故调查人员会从存储器中下载相关数据，把各个因素联合起来分析，进而找出飞机失事的原因。最近有些朋友来咨询我，黑匣子会坏吗？黑匣子会被破坏吗？黑匣子的发展史是什么？下面是我精心准备的内容希望对大家有所帮助！

黑匣子会坏吗

会坏。黑匣子有可能在俯冲撞击的过程中严重损毁。黑匣子损坏了，意味着我们有可能会失去黑匣子的位置信息。这点在飞机严重解体或者坠入大海的情况下显得尤为重要。

在飞机坠毁时，黑匣子在1100℃的火焰中能经受30分钟的烧烤，能承受2吨重的物体挤压5分钟，能够在汽油、机油、油精、电池、酸液、海水中浸泡几个月，总之，它能在许多恶劣的条件安然无恙。飞行数据记录器除了设计时使用一些高性能的耐热材料做成，还可以通过使用多种多层的防火材料来增加黑匣子的持续耐火保护性能，其中防火涂料是一种非常好的防火保护屏障，可以有效防止或延缓火势蔓延，是飞机防火设计和材料选材中必不可少的一种材料，具有隔热性好、密度低、易施工、可用于各种复杂面等优点。

黑匣子发展史

人类飞行史上，民航事故发生率远低于军用飞机。尤其在二战期间，人们迫切需要找到事故发生的原因，因此就在军用飞机上安装了飞行记录仪。

它被正式命名为黑匣子是在1954年。当时的飞行记录仪的确是黑色的方盒，可以记录航向、高度、空速、垂直过载和时间5个参数。它的工作原理是一根针在金属箔带上留下反映数据变化的曲线。

作为还原飞行事故最为直接的数据，现代意义上的黑匣子诞生于1958年，由墨尔本的工程师沃伦发明。他的灵感来源于德国产的便携式磁带录音机。

黑匣子发明者沃伦黑匣子发明者沃伦

不过沃伦在磁带机外面加装了具有抗冲击、耐火烧等能力的保护外壳，按照美国联邦航空局当时颁布的第一个黑匣子标准TSO-C51，要求黑匣子能够承受100g（重力加速度）、持续11ms的冲击，以及1100℃、30分钟的火烧。

但澳大利亚飞行员组织并不接受黑匣子，他们认为自己不是间谍，不需要安装监视飞行员的仪器，直到1960年澳大利亚昆士兰发生一起大空难，依照当时的传统，政府部门开始向美国求出，但异常艰难的事故调查过程，终于让澳洲政府开始重视飞行纪录系统，并要求在全澳洲的飞机上都安装“黑匣子”。

1966年黑匣子标准更新为TSO-C51a，将抗强冲击指标提高到1000g，并增加了抗穿透、静态挤压、耐海水浸泡、耐腐蚀液体浸泡等要求，这让可以记录几十个参数的第二代黑匣子真正成熟。

此后，国际民航组织要求所有客机必须安装这种设备。自那以后，由驾驶员失误和机械故障导致的空难逐年减少，但在1970到1990年代之间，人为破坏的空难数据开始上升，民航史上十大空难，有七次发生在这个时期。这对黑匣子技术提出了新的要求。

大型空难增多和微电子技术的发展，催生了第三代黑匣子诞生。上世纪90年代，磁带进化成半导体储存记录，抗坠毁能力等各项指标也更为严格（标准更新为TSO-C124），比如耐冲击和耐高温都得到加强，耐海水浸泡时间也由36小时增加到30天，增加了耐6000米深海压力要求，更完善的是，其记录的数据，从磁带的80多项，丰富到了几百个，功能也从事故调查，延伸到对飞行员的监控、飞行器的故障诊断与维护。

当数字技术不断完善，黑匣子发展到了如今正在使用的第四代。它在第三代的基础上，多了视频信息，参数也多达数千。而随着卫星遥感技术的成熟应用，黑匣子也有通过卫星等数据链定期传输关键数据的功能。

黑匣子的进化仍未完成，在2009年法航和2014年马航事故中，黑匣子定位功能缺陷被再次放大。

即便如此，黑匣子目前仍然是判断空难事故原因最关键的证据。

这次东航的空难我也一直在关注，尽管有很多与我常识不大相符的地方，但作为一个参与飞机设计制造的人来说，一切都以黑匣子的数据为准吧。

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