今年5G芯片升级战已露出疲态，反而是关乎传输速度与规格的射频芯片技术战场十分热闹。
年初，供应链传出苹果将所有5G相关的射频芯片订单，全数交由台积电最先进的6nm射频制程(N6RF)生产，引发业界一阵哗然。 N6RF制程是台积电去年中首次推出，也是目前业界最先进的RF CMOS半导体技术，苹果在射频大战上的抢先卡位，提前炒热了该技术战场。今日，OPPO重磅宣布的第二颗自研芯片成果，也与射频技术相关。在“INNO DAY 2022”上，OPPO正式推出首个集成NPU单元的蓝牙音频SoC——马里亚纳MariSilicon Y，就是采用6nm射频制程，也是全球唯二采用最先进射频制程的厂商。
在去年的“INNO Day”上，OPPO带着影像NPU杀入自研芯片领域，成功推出马里亚纳MariSilicon X。目前MariSilicon X已在Find X5、Reno8、Reno9多款手机上已实现商用，出货量达到千万级别。射频难度高，全球仅两家采用最先进N6RF制程在OPPO自研芯片道路上，很少人猜得到第二站会选择从蓝牙音频耳机切入，因为这当中需要大量的射频和连接经验，技术十分复杂。射频芯片是芯片设计界中的一座大山，被行业公认是最具挑战性的领域之一。 2021年对射频技术领域是极具分水岭意义的一年，不单是台积电宣布推出最先进的N6RF制程，三星也同样将射频技术推进至8nm制程，显见这两家代工的技术之争不限于5nm/3nm先进制程逻辑芯片，在射频特色工艺上，晶圆代工大厂也是激烈交锋。截至目前，全球只有苹果H2芯片、S8芯片中的GPS模块，以及OPPO的马里亚纳 MariSilicon Y芯片是采用6nm射频制程。相比之下，目前主流蓝牙音频SoC技术多为22nm工艺，N6RF工艺领先两代。 OPPO也是目前全球唯二两家采用N6RF 这一先进工艺的科技公司。由于半导体产业分工极为细致，逻辑先进制程和特色工艺被认为是两大技术护城河。逻辑工艺和特色工艺的最大差异点？ 前者比较专注于运算速度和功耗效率，而特色工艺可视为掌握了数位世界在实体世界的实际用途，它充当了两个世界之间的介面，让数位应用领域更宽广。举例而言，一台智能手机上所显示的文字、语音和影片信息的呈现，都是特色工艺技术的展现。像是触控式屏幕、摄像头、MEMS麦克风、射频、Wi-Fi、蓝牙等，可说特色工艺已经方面面渗透到我们的日常生活当中，成为人机互动的重要桥梁。特色工艺众多，而射频技术被认为难度最高。行业里常说，做射频的就像是老师傅和手艺人，非常需要深厚的经验底子去摸索和设计。因为设计中各种指标的均衡没有定论，很多指标要求都需要挑战工艺极限，设计创新性电路结构，极大考验研发设计人员的经验积累。马里亚纳Y虽然只是一颗蓝牙音频芯片，却是OPPO第一次在端到端，通过私有协议实现了连接，而作为一家硬件大厂，端对端的连接技术是探索“万物互融”世界的基础，对OPPO而言，建立自己的连接基础能力非常重要，未来在短距通信、端到端的体验上，会做出更多探索和改进。马里亚纳Y选择最先进的6nm射频制程，是非常漂亮的切入点。 OPPO芯片产品高级总监姜波透露，其实在台积电对外发布该工艺前一年，双方就展开技术合作了。整体来看，6nm射频制程不但让马里亚纳Y在制程、算力上具有高度竞争力，由于蓝牙芯片迭代不会像手机芯片那么快，因此往后看两年内，马里亚纳Y的能力和定位都会是旗舰级的。目前这颗芯片已经开始流片。无论是第一颗采用先进6nm制程的影像NPU，或是这次发布的蓝牙音频芯片，外界总会好奇：OPPO投入芯片研发设计不计成本，只求能做出最好且最富创新力的产品，但要如何衡量当中的投资回报率？姜波认为，这类型的芯片流片成本非常昂贵，无论是从投入成本，还是市场ROI，商业角度上看都是非常不划算的，但N6RF工艺是OPPO未来必然要掌握的技术，其背后代表着连接能力的掌握与先进射频工艺的掌握两大意义。他进一步解释，从整个商业角度看，采用第三方方案更能节约成本，但马里亚纳Y所代表的自研能力是无法通过第三方芯片获得的。以开发时程来看，姜波表示，全球顶级的科技公司开发一款类似的产品，其整体研发时长大概是我们2倍，整个来看，马里亚纳Y的研发速度算十分有效率。由于蓝牙耳机体积十分窄小，又是对续航力、抗噪方面有着严苛要求的产品，谈到在开发这颗芯片过程遇到的最大挑战，姜波指出，手机相关产品尤其在端侧，能效比是一大挑战，这可以从三方面来解决此问题：第一，芯片设计团队需要对工艺制程有一定掌握度，而非仅强调芯片设计能力。尤其在新的工艺出现的时候，OPPO的团队是有能力可以快速掌握甚至是优化它。如果设计团队的工艺制程底子不好，能达到的水准也相对有限，即使芯片设计能力再牛，要把12nm芯片做出4nm的能效，也是一件不太现实的事。姜波进一步指出，手机的主芯片和射频在连接性上，先进工艺的掌握非常重要。像这次的N6RF，拿到台积电芯片开发工具的时间算很早，推进到N6RF过程中，需要团队去测试工艺的特性，以便有更好的掌握。这个属于中后端的能力，OPPO的后端团队已经很有经验的。第二，在芯片架构上要非常重视PPA（Power、Performance、Aera）的设计，包括自研芯片的IP架构。例如这颗马里亚纳Y上的NPU是针对音频NPU的架构设计，与视频NPU的架构设计是完全不一样的。第三，基于制程工艺的基础IP作优化的重要性。因为每一颗芯片都有一些基础的IP，像是片上内存SRAM是用通用的还是定制的区别，也可以通过定制来降低它的功耗。
蓝牙耳机重写传奇历史2016年苹果推出第一代AirPods后，彻底改变了全球无线音频市场。在一颗小小的蓝牙芯片助力下，蓝牙耳机让用户可以随时与手机进行无缝配对立即连线，蓝牙耳机领域更自此步入急速爆发期。根据蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）报告显示，过去5年（2017～2021）蓝牙累计出货量达到203亿，并且未来5年的复合增长率CARG约9%。2016年，蓝牙技术联盟发布蓝牙5.0标准，其中一项重大升级是将传统的1Mbps PHY升级到2Mbps。今天最新的蓝牙5.3标准中，EDR（Enhanced Data Rate）支持的最大速率为3Mbps。而在真实场景的应用中，因为现实信号环境等复杂因素的影像，理论值最高3Mbps的速率，往往只能发挥一半，也就是1.5Mbps的实际速率。但这种量级的速度，无法承载无损音频传输的数据量，即使经过优秀的编解码技术压缩至一半的体积，目前蓝牙标准速率最多也只能传输48kHz/24bit的无损音频。这意味着，我们可以通过流媒体在线平台播放高品质的音乐内容，但通过蓝牙的方式进行无线传输依旧存在速度壁垒，高品质的音乐还是要用有线耳机。马里亚纳 MariSilicon Y为了解决蓝牙传输速率的痛点，带来了以下四大突破性的技术：第一，全球最快蓝牙速率12Mbps，为标准蓝牙传输速度的4倍：马里亚纳 MariSilicon Y的12Mbps蓝牙速率目前为行业最快，与2022年通用旗舰芯片的8Mbps蓝牙速率相比，传输速度也提升1.5倍。不仅可以传输192kHz/24bit无损音频的数据量，还有充足的速率冗余可以承载数据重传、系统开销（system overhead）、承载信号控制等，实现整体蓝牙连接质量。第二，URLC无损编解码解决方案首次实现了192kHz/24bit 无损音频的无线传输：为了追求更快的传输速率，为音频传输提供一条“快速路”，将大体积音频压缩以更小的体积传输，可以提升无损音频的传输效率，而URLC编解码协议就是OPPO给出的又一个技术解决方案。市面主流的编解码协议有很多，常见的AAC、LDAC等格式都是有损编码。在无损编码格式中，FLAC的压缩率是70%、ALAC的压缩率也是70%、表现更好一些的L2HC压缩率是60%。在一定程度上，现有的公有无损编解码方案都无法满足无线传输的体积要求，因此需要一个更强压缩能力的方案。URLC（Ultra-Resolution Lossless Codec）是OPPO自研的音频编解码技术，将无损压缩率首次提升至50%，意味着同样的无损音频内容，URLC可以压缩至更小体积传输。 URLC编解码协议配合12Mbps蓝牙速率的设计，可让物理硬件和软件编解码技术合二为一，实现了192kHz/24bit 无损音频的无线传输。未来，马里亚纳MariSilicon Y会先用在耳机端，下一步也会放在手机端，因为手机端如果没有MariSilicon Y芯片，那192kHz/24bit无损音频无法打通的。第三，590 GOPS最强算力NPU，在音频端侧实现了声音分离技术：AI能力已在手机中被广泛应用。特别是手机影像领域，AI算法开始取代部分传统CV（计算机视觉）。 OPPO第一颗自研芯片MariSilicon X也通过AI的计算降噪处理，让实时的视频降噪首次达到了4K的清晰度，这是传统CV算法的效率不能实现的。截至目前，先进的AI技术还未使用在计算音频上。音频的多数计算处理都是通过DSP完成的，即使是最新的空间音频，也是通过DSP来实现3D空间的渲染，再结合传感器的头部位置数据，实现头转跟随的效果。而主动降噪，则是通过Codec的模拟信号处理，实时监测外界信号并计算出反向声波进行抵消。目前先进的AI技术，还没有走入计算音频的大门。不过，马里亚纳 MariSilicon Y的NPU在持续探索AI和计算音频的未来的路上，具备三大优势：- 作为首个集成NPU单元的蓝牙音频SoC，马里亚纳Y 算力达到了590 GOPS，相比之下，DSP算力25 GOPS是全行业性能最强的DSP之一（目前全球销量最高的耳机芯片的算力为9 GOPS）。
- 独立的NPU设计不依赖手机算力。计算能够实时在音频设备内的完成，降低因数据在耳机与手机之间传输所造成的延迟。
- 兼容性高：面向未来快速发展的AI音频应用持续提供充足的支持和可升级的功能。
值得注意的是，在此NPU基础下，马里亚纳Y首次在音频端侧实现了声音分离技术，可以从一段完整的音频数据中，识别和分离人声或其他特定乐器的声音。目前最多可以分离生成四条独立的音轨——人声、鼓声、贝斯、其他，过去这需要多轨的音频工程文件才能实现，现在可用AI达成。而声音分离技术可让马里亚纳Y为用户提供下一代的个性化听音方案，像是自定义全景声、万能全景声。
第四，首次进入射频领域，即采用全球最先进的N6RF射频工艺，挑战射频芯片大山成功：进入6nm射频工艺，象征OPPO挤身全球唯二采用最先进工艺来生产蓝牙SoC芯片玩家之一。截至目前只有OPPO和苹果的射频产品采用最先进的6nm制程。OPPO这次使用的是也是台积电最新的射频工艺，客观上来说也没有经过市场的充分验证，“摸着石头过河”下，每一步都走得非常小心谨慎。OPPO自研芯片团队于2019年11月正式立项，2021年12月14日推出第一颗自研芯片影像专用NPU——马里亚纳 MariSilicon X，今日再度发布第二颗的蓝牙音频芯片马里亚纳 MariSilicon Y。团队成立至今1000多个日子里，见证了自研芯片从NPU到SoC的进化。作为一个知名的系统厂，OPPO掌握自研芯片技术的初衷始终没变：不是为了取代任何厂商，而是要能为用户提供更大价值，进而形塑出品牌系统厂商独一无二的垂直整合价值。过去一年来，OPPO的马里亚纳 MariSilicon芯片在技术成果上获得许多赞美的掌声，然在商业回报上也被投以不少质疑的眼光。对此，OPPO创始人兼首席执行官陈明永也曾在内部表示，自研芯片团队要坚持持续探索，秉持循序渐进的平常心，更要尊重客观规律。因为OPPO从做芯片的第一天就知道，自研芯片不能总是想着要弯道超车，更要保持一种长期主义，要有十年磨一剑的信仰。
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