馬里亞納計(jì)劃再進(jìn)一步，OPPO繼突破影像后進(jìn)軍音頻領(lǐng)域

從2019年開(kāi)始，OPPO組建了芯片開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，且將芯片開(kāi)發(fā)項(xiàng)目命名為“馬里亞納計(jì)劃”，去年的OPPO INNO DAY 2021上，OPPO推出了該計(jì)劃的首款影像專用NPU芯片--采用6nm工藝的馬里亞納MariSilicon X，在影像領(lǐng)域取得突破，而且目前該芯片的出貨量已達(dá)千萬(wàn)級(jí)。

今年的OPPO INNO DAY 2022上，OPPO的馬里亞納計(jì)劃再進(jìn)一步，繼在影像領(lǐng)域取得突破后，在音頻領(lǐng)域彰顯實(shí)力，帶來(lái)了其第二款自研芯片--馬里亞納MariSilicon Y，一款旗艦級(jí)藍(lán)牙音頻SoC芯片。

為何選擇藍(lán)牙音頻SoC芯片？

近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，及人們出行的不便，很多娛樂(lè)生活開(kāi)始向線上轉(zhuǎn)移，音樂(lè)就是其中之一。據(jù)Luminate 2022年上半年報(bào)告顯示，全球流媒體音樂(lè)同比增長(zhǎng)了24.7%，而視頻流媒體播放增長(zhǎng)28.1%。QuestMobile 2022上半年報(bào)告也顯示，中國(guó)移動(dòng)音樂(lè)用戶規(guī)模已達(dá)到龐大的7.06億。一個(gè)明顯的趨勢(shì)就是在線音樂(lè)平臺(tái)的曲庫(kù)數(shù)量在持續(xù)增長(zhǎng)，比如網(wǎng)易云音樂(lè)+騰訊音樂(lè)，2021年第一季度的曲庫(kù)數(shù)量為5500萬(wàn)，到2021年底就達(dá)到了1.4億，增速達(dá)到150%以上。

而且無(wú)損音頻，正逐漸走進(jìn)主流消費(fèi)者，從小眾變?yōu)榇蟊姡辉偈侵幌抻诎l(fā)燒友群體的稀有體驗(yàn)。隨著近年來(lái)全球流媒體音樂(lè)在線平臺(tái)加速升級(jí)曲庫(kù)質(zhì)量，毫無(wú)HiFi經(jīng)驗(yàn)的普通消費(fèi)者，也可以輕松地獲得世界每個(gè)角落的高品質(zhì)音樂(lè)。比如，Spotify、Apple Music、Amazon Music、以及國(guó)內(nèi)的網(wǎng)易音樂(lè)與騰訊音樂(lè)集團(tuán)旗下的QQ音樂(lè)、酷狗、酷我音樂(lè)等流媒體平臺(tái)都在持續(xù)更新和豐富最高192kHz/24bit的無(wú)損音頻。

此外，2019年開(kāi)始興起的計(jì)算音頻開(kāi)始邁入個(gè)性化的第二階段，高品質(zhì)的音樂(lè)體驗(yàn)不僅意味著清晰度和保真度，還代表用戶能夠獲得個(gè)性化的體驗(yàn)。拿計(jì)算音頻最主要的兩個(gè)特性主動(dòng)降噪和空間音頻功能來(lái)說(shuō)，個(gè)性化的主動(dòng)降噪是指用戶完全可以根據(jù)自己所處的環(huán)境，選擇自己的聲音是隔離外界，還是開(kāi)放通透；而新一代的個(gè)性化空間音頻則可以根據(jù)用戶個(gè)人的頭型和耳廓形狀，定制HRTF（Head Related Transfer Function，頭部相關(guān)傳遞函數(shù)）模型，獲得最符合個(gè)人的聽(tīng)感。

而隨著AI技術(shù)、環(huán)境感知、自然語(yǔ)義處理等諸多先進(jìn)技術(shù)融入計(jì)算音頻領(lǐng)域，更具個(gè)性化的聲音體驗(yàn)也將更容易實(shí)現(xiàn)。

可以看得出來(lái)，消費(fèi)者對(duì)音頻越來(lái)越挑剔，也就是說(shuō)對(duì)音頻背后的芯片性能需求也越來(lái)越高，但大部分的芯片廠商在設(shè)計(jì)芯片產(chǎn)品的時(shí)候，除了考慮產(chǎn)品的性能指標(biāo)之外，還需要平衡成本及市場(chǎng)需求等因素。他們更希望設(shè)計(jì)出性能和成本都能為客戶所接受的產(chǎn)品，而不是一款極致性能，但成本很高的芯片?！盀榱俗層脩臬@得更好的性能，我們決定自己設(shè)計(jì)一款高性能藍(lán)牙音頻SoC芯片。”O(jiān)PPO芯片產(chǎn)品高級(jí)總監(jiān)姜波對(duì)媒體表示。

馬里亞納Y解決了哪些痛點(diǎn)？

據(jù)姜波介紹，馬里亞納 MariSilicon Y具有三大領(lǐng)先的技術(shù)：一是通過(guò)其高速藍(lán)牙解決方案，集成了比傳統(tǒng)藍(lán)牙快400%，最高可達(dá)12Mbps的藍(lán)牙速率，加上OPPO自研的URLC無(wú)損編解碼，實(shí)現(xiàn)了192kHz/24bit 無(wú)損音頻的無(wú)線傳輸；二是集成了NPU模塊，最高算力可達(dá)590GOPS；三是采用了臺(tái)積電的N6RF先進(jìn)制程。

眾所周知，藍(lán)牙的特點(diǎn)就是低功耗和高靈活性，但傳輸速率一直是其短板，為了解決這個(gè)問(wèn)題，2016年時(shí)，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟推出了藍(lán)牙5.0標(biāo)準(zhǔn)，將傳統(tǒng)的1Mbps PHY（藍(lán)牙物理帶寬速率）升級(jí)到了2Mbps。目前最新的藍(lán)牙5.3標(biāo)準(zhǔn)中，EDR（Enhanced Data Rate）支持的最大速率為3Mbps。而在真實(shí)場(chǎng)景的應(yīng)用中，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)信號(hào)環(huán)境等復(fù)雜因素的影像，理論值最高3Mbps的速率，往往只能發(fā)揮一半，也就是1.5Mbps的實(shí)際速率。

在姜波看來(lái)，這種量級(jí)的速度，無(wú)法承載無(wú)損音頻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，因?yàn)?8kHz/24bit無(wú)損音頻數(shù)據(jù)量=2.25Mbps；96kHz/24bit無(wú)損音頻數(shù)據(jù)量=4.5Mbps；192kHz/24bit無(wú)損音頻數(shù)據(jù)量=9Mbps。即使經(jīng)過(guò)優(yōu)秀的編解碼技術(shù)壓縮至一半的體積，目前藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)速率最多也只能傳輸48kHz/24bit的無(wú)損音頻，對(duì)于更高品質(zhì)的音樂(lè)則無(wú)能為力。

注：無(wú)損壓縮按照目前最高50%計(jì)算。

據(jù)悉，目前SoC平臺(tái)中集成的藍(lán)牙功能的最高傳輸速率是6~8Mbps，TWS耳機(jī)傳輸?shù)乃俾始s為3Mbps。這就意味著，雖然人們可以輕松地通過(guò)流媒體在線平臺(tái)獲得高品質(zhì)的音樂(lè)內(nèi)容，但想要聽(tīng)到高品質(zhì)的音樂(lè)，消費(fèi)者需要使用有線耳機(jī)，甚至外置編解碼設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)音樂(lè)的收聽(tīng)。

“由于馬里亞納MariSilicon Y具有12Mbps藍(lán)牙速率，因此可以解決藍(lán)牙速率不夠的核心問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)192kHz/24bit 無(wú)損音頻的無(wú)線傳輸。而且還有充足的速率冗余可以承載數(shù)據(jù)重傳，系統(tǒng)開(kāi)銷（system overhead），承載信號(hào)控制等，實(shí)現(xiàn)整體藍(lán)牙連接質(zhì)量的大幅提升?！苯ㄗ院赖乇硎?。

另外，OPPO還采用了URLC（Ultra-Resolution Lossless Codec）音頻編解碼技術(shù)，將無(wú)損壓縮率提升到了50%，相比70%壓縮率的FLAC和ALAC，以及60%壓縮率的L2HC等無(wú)損編碼格式壓縮率更高，這也意味著同樣的無(wú)損音頻內(nèi)容，URLC可以壓縮至更小體積傳輸。值得一提的是，URLC編解碼支持80Kbps～10Mbps動(dòng)態(tài)碼率，相比通用方案，有更大的調(diào)節(jié)區(qū)間，這意味著在充滿不確定性的外部環(huán)境中，馬里亞納MariSilicon Y可以更精細(xì)地調(diào)節(jié)碼率，確保音頻傳輸?shù)牧鲿承?，既不?huì)斷連和卡頓，也不會(huì)大幅傷害音質(zhì)。

也就是說(shuō)，URLC編解碼協(xié)議配合12Mbps高速藍(lán)牙的設(shè)計(jì)，讓物理硬件和軟件編解碼技術(shù)真正的合二為一，從而讓無(wú)損音頻擺脫了線纜的束縛。

而且，馬里亞納MariSilicon Y還具備不錯(cuò)的兼容性，支持藍(lán)牙5.3和LE Audio的LC3編解碼，可以很好地兼容下一代所有支持LE Audio的設(shè)備。同時(shí)，馬里亞納MariSilicon Y還支持LHDC、LDAC高清編解碼，兼容傳統(tǒng)OPPO產(chǎn)品和其他品牌產(chǎn)品。此外，馬里亞納MariSilicon Y還兼容傳統(tǒng)的SBC和AAC編解碼，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)藍(lán)牙設(shè)備的全面覆蓋。

在AI方面，馬里亞納MariSilicon Y也展開(kāi)了探索。當(dāng)前基于DSP的算法非常普遍，也能很好地支持現(xiàn)有的產(chǎn)品，但隨著算法復(fù)雜度的提升，如果只用DSP，沒(méi)有NPU，很難達(dá)到好的效果。以環(huán)境聲降噪為例，現(xiàn)在市面上有很多基于DSP的方案，但環(huán)境聲降噪最后達(dá)到的效果水平可能很不一樣，當(dāng)追求不同的效果的時(shí)候，要求的算力會(huì)越來(lái)越高，也許當(dāng)效果要求達(dá)到一定的水平的時(shí)候，硬件的能力反而達(dá)不到要求。這其中涉及兩點(diǎn)：第一是絕對(duì)算力，第二是在滿足算力要求下功耗的要求。因此，姜波認(rèn)為，NPU加入音頻處理是行業(yè)持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。

而馬里亞納MariSilicon Y集成了一個(gè)NPU單元，并且算力達(dá)到了590 GOPS。與之相比，其內(nèi)集成的DSP算力則為25 GOPS。姜波指出，就算是DSP的算力也高于行業(yè)水平，因?yàn)槟壳叭蜾N量最高的耳機(jī)芯片的算力為9 GOPS。

有了NPU的加持，馬里亞納MariSilicon Y可以在音頻端側(cè)實(shí)現(xiàn)聲音分離技術(shù)，從而可以實(shí)現(xiàn)更“任性”的聽(tīng)音方案，比如，利用聲音分離技術(shù)，提取人聲和噪音，實(shí)現(xiàn)更加純凈的通話降噪效果；又如，利用聲音分離技術(shù)對(duì)老電視劇的人物對(duì)話進(jìn)行增強(qiáng)；或者是利用這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)更加隨時(shí)隨地的卡拉OK體驗(yàn)。

在先進(jìn)制程方面，馬里亞納MariSilicon Y采用了臺(tái)積電的N6RF制程。目前，全球范圍內(nèi)已應(yīng)用臺(tái)積電N6RF先進(jìn)制程的只有蘋果H2芯片、蘋果S8芯片中的GPS模塊和OPPO的馬里亞納MariSilicon Y芯片。

自研芯片更進(jìn)一步，OPPO的下一步

從馬里亞納MariSilicon X到馬里亞納MariSilicon Y，OPPO在自研芯片之路上又踏出了堅(jiān)實(shí)的一大步。從前代6nm，到現(xiàn)在的N6RF，代表著OPPO掌握了將先進(jìn)制程應(yīng)用于射頻系統(tǒng)的能力，拓展了先進(jìn)制程下的芯片設(shè)計(jì)專長(zhǎng)。

而且相比于第一顆自研芯片是協(xié)處理器（Companion Chip）的角色，需要搭配主平臺(tái)芯片才能使用。馬里亞納MariSilicon Y是OPPO首個(gè)SoC芯片解決方案，完整地負(fù)責(zé)一個(gè)藍(lán)牙音頻設(shè)備的所有功能。這不僅標(biāo)志著OPPO首次打開(kāi)了連接芯片設(shè)計(jì)的新領(lǐng)域，具備了藍(lán)牙連接的軟硬件全套能力，也意味著OPPO首次具備計(jì)算+連接能力的藍(lán)牙SoC平臺(tái)設(shè)計(jì)能力。姜波還特意提到，馬里亞納MariSilicon Y首先應(yīng)該會(huì)應(yīng)用在耳機(jī)端，它也可以用于手機(jī)中。

正如姜波總結(jié)的，通過(guò)自研馬里亞納Y，OPPO一是鍛煉了芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)先進(jìn)工藝的掌握，尤其是在新工藝出現(xiàn)的時(shí)候，能夠快速掌握，甚至是優(yōu)化工藝；二是芯片架構(gòu)，包括自研芯片的IP架構(gòu)，比如說(shuō)馬里亞納MariSilicon Y上的NPU，因?yàn)槭轻槍?duì)音頻的NPU的架構(gòu)設(shè)計(jì)，跟視頻的NPU的架構(gòu)設(shè)計(jì)是完全不一樣的，兩者的差異非常大；三是基于制程工藝的基礎(chǔ)IP的優(yōu)化，包括核心的NPU如何設(shè)計(jì)來(lái)控制好功耗。

他認(rèn)為，這三個(gè)層面也是在構(gòu)建團(tuán)隊(duì)的時(shí)候非常重要的。后端團(tuán)隊(duì)是單獨(dú)的一部分，架構(gòu)團(tuán)隊(duì)也要有很深的理解，另外混合信號(hào)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)也很重要。特別是做射頻產(chǎn)品，就像是老師傅和手藝人一樣，要是靠經(jīng)驗(yàn)摸索去設(shè)計(jì)，如果沒(méi)有這樣的積累和積淀是很難做得非常好的。

當(dāng)然，更重要的，馬里亞納MariSilicon Y 幫助OPPO拓寬了以自研芯片為中軸的垂直整合領(lǐng)域，在前一代自研芯片影像整合的基礎(chǔ)上，增加了藍(lán)牙連接的整合，為萬(wàn)物互融奠定必備的底層連接能力。

同時(shí)姜波也清楚，自研芯片不會(huì)輕而易舉，他們?cè)缇妥龊昧舜蛞粓?chǎng)持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備，“OPPO始終不忘服務(wù)用戶體驗(yàn)的真誠(chéng)之心，因?yàn)檫@是做自研芯片的起點(diǎn)，也是自研芯片的最佳終點(diǎn)。OPPO自研芯片不被營(yíng)收壓力所限，不需要像傳統(tǒng)芯片廠商過(guò)多考量成本，甚至可以不計(jì)成本地投入技術(shù)研發(fā)和芯片堆料，為用戶創(chuàng)造真正的驚喜和價(jià)值?！?/p>

結(jié)語(yǔ)

2019年，第一屆OPPO未來(lái)科技大會(huì)上，OPPO創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官陳明永提出“萬(wàn)物互融”的概念，推動(dòng)OPPO從手機(jī)行業(yè)跨入智能物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，并宣布OPPO未來(lái)三年投入500億布局“萬(wàn)物互融”生態(tài)研發(fā)后，OPPO在三大核心技術(shù)，即馬里亞納芯片、潘塔納爾智慧跨端操作系統(tǒng)、安第斯智能云均取得不錯(cuò)進(jìn)展。如今，隨著安第斯智能云的正式發(fā)布，OPPO實(shí)現(xiàn)了三大核心技術(shù)的布局。

馬里亞納MariSilicon Y的成功推出，代表著OPPO芯片自研能力更進(jìn)一步，相信馬里亞納MariSilicon X和馬里亞納MariSilicon Y只是OPPO自研芯片的起步，未來(lái)還會(huì)有更多垂直整合，兼顧用戶價(jià)值的芯片出現(xiàn)。