TWS耳機(jī)迎來新機(jī)會(huì)，高算力、低功耗的存算一體技術(shù)潛力大

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/莫婷婷）TWS耳機(jī)4.0時(shí)代，品牌廠商市場份額競爭進(jìn)入關(guān)鍵階段，聲學(xué)器件及架構(gòu)的優(yōu)化，音質(zhì)效果的創(chuàng)新等被頻頻提及。由于更多功能的疊加，TWS耳機(jī)主控芯片的AI算力不斷提升，低功耗要求也越來越高，各方面的高要求也迫使品牌廠商不得不提升競爭優(yōu)勢。

2022年，TWS耳機(jī)廠商在一種新型計(jì)算架構(gòu)中找到突破口——存算一體。與傳統(tǒng)馮諾依曼架構(gòu)相比，基于存算一體架構(gòu)的存算一體芯片在功耗和計(jì)算效率等方面有著巨大的潛力。

但也不是所有的TWS耳機(jī)都需要用到存算一體芯片，“客戶在選擇時(shí)會(huì)考慮自己的產(chǎn)品定位，包括需不需要差異化的功能、性能升級等等，用存算一體芯片最明顯的優(yōu)勢是可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更多新的功能。”知存科技創(chuàng)始人兼CEO王紹迪在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時(shí)表示，“如果為了降低成本犧牲性能，客戶就不會(huì)去考慮存算一體芯片?！?br />
多位業(yè)內(nèi)人士表示，未來TWS耳機(jī)市場將呈現(xiàn)高性能產(chǎn)品和低價(jià)產(chǎn)品兩極分化。由此來看，存算一體芯片在現(xiàn)階段不會(huì)是“標(biāo)配”，而是品牌廠商實(shí)現(xiàn)差異化的另一張王牌。


TWS耳機(jī)性能、續(xù)航可兼得，存算一體芯片帶來性能提升新方案

存算一體是使用存儲(chǔ)器的本征能力完成計(jì)算功能，而不是簡單的把計(jì)算單元嵌入存儲(chǔ)器中。以新的存算一體運(yùn)算架構(gòu)進(jìn)行二維和三維矩陣乘法/加法運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算方式的不同，可以分為數(shù)字計(jì)算和模擬計(jì)算。其中又根據(jù)存儲(chǔ)器類型的不同有所差別，數(shù)字計(jì)算以SRAM等易失性存儲(chǔ)器為主，模擬計(jì)算一般采用Flash和RRAM等非易失性存儲(chǔ)器。

當(dāng)下，憶阻器、SRAM、FLASH等不同的技術(shù)方向都有國產(chǎn)企業(yè)布局。例如，阿里平頭哥是基于DRAM的3D鍵合堆疊；知存科技專注存內(nèi)計(jì)算芯片領(lǐng)域，基于Flash存儲(chǔ)器方向進(jìn)行研究；蘋芯科技基于 SRAM做存內(nèi)計(jì)算加速器；閃億半導(dǎo)體是基于憶阻器PLRAM等等。

就在2022年年初，知存科技自主研發(fā)的存算一體SoC芯片WTM2101正式量產(chǎn)。官方介紹，這是國際上量產(chǎn)的首個(gè)存算一體SoC芯片，也是旗下第二款商用存內(nèi)計(jì)算產(chǎn)品，在今年3月份推向市場。但是整體來看，國內(nèi)存算一體行業(yè)還處于早期的發(fā)展階段，僅有局部小規(guī)模量產(chǎn)。

那么，在市場還未正式起量之前，存算一體芯片在可穿戴設(shè)備市場有哪些機(jī)會(huì)，又能給TWS耳機(jī)帶來哪些性能優(yōu)勢？

目前已有TWS耳機(jī)支持語音喚醒功能，例如漫步者在2020年推出的首款支持本地命令詞語音喚醒TWS耳機(jī) Enjoy5，小米也曾推出支持本地語音控制的TWS耳機(jī)Air 2、Air 2 Pro等，其中Air 2 Pro的智能語音功能需要配合小愛同學(xué)進(jìn)行使用；另外還有紫優(yōu)科技推出的Eoy云耳機(jī)等等，越來越多的增加云端的語音控制的功能。

王紹迪向電子發(fā)燒友網(wǎng)表示，其實(shí)存算一體芯片解決的主要算力需求還不是針對語音喚醒功能的，語音喚醒的算力一般都是在10Mops或者20Mops左右級別，這種相對較低的算力情況下，主芯片、DSP芯片都可以跑到。而知存科技的WTM2101芯片一般都針對千兆o(hù)ps以上的算力，例如TWS耳機(jī)、對講機(jī)、助聽器等需要用到人聲增強(qiáng)、降噪、抗嘯叫算法時(shí)產(chǎn)生的算力，而DSP核在算力和功耗上都無法滿足要求。由此來看，針對高算力的應(yīng)用場景才能發(fā)揮存算一體芯片最大的優(yōu)勢。

除了功能疊加，還有性能的突破。值得關(guān)注的是，蘋果和華為兩大廠商在今年下半年推出的產(chǎn)品都在音質(zhì)上實(shí)現(xiàn)較大的升級。今年9月，蘋果發(fā)布全新一代AirPods Pro，搭載H2芯片，算力暴漲，可以應(yīng)對各種突發(fā)噪聲做到自適應(yīng)降噪，降噪性能是上代兩倍，并且支持無損48kHz音頻。同樣，華為今年7月推出的FreeBuds Pro 2，采用了基于AI技術(shù)的音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，加上華為自研L2HC 音頻編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了FreeBuds Pro 2音質(zhì)的全方位體驗(yàn)升級。

隨著AI等大數(shù)據(jù)應(yīng)用的興起，各種功能、性能的疊加大大增加了TWS耳機(jī)的功耗，如何在提升性能的同時(shí)還能保證續(xù)航，一直是品牌廠商所關(guān)注的方向。

存算一體芯片的出現(xiàn)恰好給出了答案。據(jù)了解，存內(nèi)計(jì)算技術(shù)原理基于歐姆定律，矩陣乘法效率提高50-100倍?！按嫠阋惑w最大的優(yōu)勢就是矩陣乘法運(yùn)算，并且是適合AI計(jì)算的，所以對于穿戴來說，存算一體提供了能在低功耗下運(yùn)行很大算力的AI算法。像這種算力，一般常規(guī)芯片的功耗都是在50mA到100mA之間，但是存算一體可以把功耗降低到1mA?！蓖踅B迪提到，這也是使用存算一體芯片的可穿戴設(shè)備可以提供大算力的主要原因。

存算一體主要的功能點(diǎn)還在于低延時(shí)，可以在實(shí)時(shí)通訊設(shè)備里邊做聲音增強(qiáng)、通話降噪、聲音美化、人聲增強(qiáng)等，這些都可以通過AI算法完成，但是實(shí)時(shí)的聲音處理需要很高的算力，語音喚醒只是其中的附加功能，占比相對較小。此外，存算一體還可以在可穿戴和醫(yī)療設(shè)備中完成實(shí)時(shí)的健康信號監(jiān)測、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)識(shí)別、手勢識(shí)別、心腦血管和呼吸類疾病有關(guān)早篩。


不止于可穿戴領(lǐng)域，存算一體在高算力場景深藏潛力

在技術(shù)創(chuàng)新以及市場需求的雙雙驅(qū)動(dòng)下，存算一體芯片逐漸找到落地市場。從現(xiàn)階段來看，TWS耳機(jī)、健康類智能手表、智能頭戴、醫(yī)療設(shè)備以及其他小型電子產(chǎn)品會(huì)率先成為落地市場，例如知存科技的WTM2101就是針對可穿戴設(shè)備市場以及其他低功耗的智能終端，其中大部分都是針對電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。

對此，王紹迪認(rèn)為存算一體作為新技術(shù)，其發(fā)展過程類似于存儲(chǔ)器。他舉了一個(gè)例子：例如20多年前的存儲(chǔ)器，尤其是閃存市場，最早就是從MP3等消費(fèi)電子開始做起的，現(xiàn)在已經(jīng)做到企業(yè)級服務(wù)器。存算一體芯片的市場發(fā)展階段也會(huì)有所類似。在技術(shù)的發(fā)展過程中，閃存從MB級到TB級，容量的提升基本是在百萬倍左右。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，存算一體芯片容量也會(huì)從MB級到GB級以上，算力提升的空間也是超過萬倍的級別。

知存科技的發(fā)展歷程也映射出存算一體技術(shù)的不斷突破。知存科技成立于2017年，王紹迪回憶，公司成立了5年，但是距離做第一次存算一體投片至今已有10年。經(jīng)過不斷地打磨、嘗試，知存科技在2019年推出一個(gè)試驗(yàn)型產(chǎn)品，算力只有現(xiàn)在芯片的五分之一。而現(xiàn)在的WTM2101的AI算力可以達(dá)到50Gops，功耗為5uA-3mA，可使用sub-mW級功耗完成大規(guī)模深度學(xué)習(xí)運(yùn)算，“它比我們上一代芯片的算力提高了5倍，功耗卻更低了。下一代芯片應(yīng)該還有數(shù)百倍的算力提升?！敝档靡惶岬氖牵壳耙延谢赪TM2101芯片的相關(guān)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，預(yù)計(jì)芯片年銷量可達(dá)百萬。

“在推出產(chǎn)品之前，我們做了很多次流片迭代，把可靠性和量產(chǎn)性調(diào)整到產(chǎn)品級之后才開始量產(chǎn)。我們量產(chǎn)后也在持續(xù)不斷進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，不斷迭代存算一體芯片。”王紹迪表示。談及未來的產(chǎn)品規(guī)劃，他提到，預(yù)計(jì)明年、后年在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域還會(huì)推出兩款產(chǎn)品，和現(xiàn)在的WTM2101形成優(yōu)勢互補(bǔ)。

隨著芯片算力、性能的提升，存算一體芯片將不只是應(yīng)用在可穿戴領(lǐng)域，而是會(huì)應(yīng)用在其他性能需求更高，甚至比智能手機(jī)上的NPU算力還要高出很多倍的消費(fèi)電子中。隨著產(chǎn)品越來越成熟，相應(yīng)的市場也會(huì)越來越大。

對于存算一體芯片未來的應(yīng)用領(lǐng)域，王紹迪認(rèn)為整個(gè)存算一體市場還有5到7年的發(fā)展成熟期，未來3到5年，端側(cè)、邊緣側(cè)是主要的應(yīng)用場景，包括穿戴設(shè)備、VR/AR、機(jī)器人、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用領(lǐng)域；但是在5年之后，存算一體的主要推動(dòng)點(diǎn)就是技術(shù)成熟度，另外一個(gè)是生態(tài)，還有工具鏈和開發(fā)框架都可以做的相對成熟，這種就可以進(jìn)入到更通用的計(jì)算場景當(dāng)中。此外，在通信技術(shù)領(lǐng)域利用存算一體也可以幫助很多場景實(shí)現(xiàn)成本、功耗大幅度降低。