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【芯视野】手机差异化突围 “独显”争当“第二芯”

来源:爱集微

#独显#

#NPU#

#ISP#

06-04 06:31

集微网报道,手机“独显”芯片踩在了正确的时间点上。

今年以来,随着OPPO、vivo、小米等手机厂商接连发布新机,一个新的趋势开始浮出水面,那就是智能手机开始从原来的“单芯”进入“双芯”时代。

虽然各大手机厂商迈向“双芯”的步调高度一致,但它们采取的“双芯”策略却不同,整体上可以划分出ISP、NPU、独立显示芯片三种,因为与当下用户对高品质、高帧率画面的需求高度契合,“独显方案成为多数手机厂商的选择

手机厂商瞄准“第二芯”

在国内手机厂商中,OPPO和vivo是最早启动“双芯”战略的。OPPO Find X5系列是OPPO推出的首款双芯机型,除搭载高通骁龙移动平台外,还配备了名为马里亚纳MariSilicon X的自研影像专用NPU芯片;而vivo不久前发布的旗舰新品X80系列则采用了天玑9000和自研V1+芯片的组合,后者是一枚ISP芯片。

除了OPPO和vivo外,iQOO品牌旗下大部分在售机型也同样配备了两颗芯片,跟上面提到的几款机型不同之处在于其“第二芯”多采用独立显示芯片。此外,realme的最新机型GT Neo 3搭载了天玑8100与独立显示芯片,一加新推出的Ace机型同样搭载了游戏“独显”芯片。

对智能手机而言,第一芯无疑是SoC芯片,相当于手机的CPU中央处理器,负责各类核心场景的数据处理,它的表现直接决定了智能手机的基本性能及用户体验。

近年来,随着5G网络的应用普及,智能手机用户对高清视频及游戏高质画面的需求显著提升。芯原股份的逐点半导体投资项目负责人吴怡君告诉爱集微:“目前智能手机屏幕正在向大屏化、高动态范围显示及高刷新率方向发展。用户对屏幕的高质量画质显示需求日益增加,而且对于一些附加功能例如美颜以及其它需要AI引擎加速的需求也不断提升,单纯依靠CPU/GPU从算力和技术角度都难以满足用户的需求,因此通过算法提升和硬件加速方式结合的意义在进一步凸显。

从领先的手机及平板电脑性能评测平台安兔兔对于今年Q1季度用户屏幕刷新率的统计可以看出,120Hz刷新率的屏幕已成为当下主流。可以说高刷屏的普及是手机行业近年来最成功的改变之一,通过高刷新率提升手机流畅性的效果非常明显。随着供应链的成熟,高刷屏的成本也下探了很多,已实现对高中低端机型的全覆盖。

2022年Q1季度用户屏幕刷新率分布情况 图源:安兔兔评测平台

客观来看,使用双芯不仅可以提升整体硬件性能,还能为用户解锁差异化、个性化的体验,也是手机厂商追求高端化和差异化的一个重要策略。长期以来,通用型SoC芯片加剧了智能手机的同质化现象,借助“第二芯”策略有望打破这一局面。

纵观各手机厂商的“第二芯”策略,大体可分成影像芯片和独显芯片两种,在产品方案上又可分出ISP、NPU和独立显示芯片三个路径,主要用于影像和游戏场景。芯原股份副总裁汪志伟对三种路径作了解读,ISP芯片实现的是从输入端对成像质量加以提升,包括镜头阴影校正、颜色转换、降噪、畸变矫正、动态范围调整等等;NPU则用于AI和机器学习相关运算的加速;独立显示芯片针对的是后端图像处理与显示质量的提升。

Strategy Analytics手机元件技术服务副总监Sravan Kundojjala则针对三种方案适用的应用场景作了进一步说明。独立NPU芯片负责AI和机器学习功能,常用场景包括目标检测、摄影增强、语言翻译、欺诈检测等;独立ISP芯片则主要用于增强摄影体验,包括自动对焦、白平衡和自动曝光等;独立显示芯片用于提高显示的清晰度,增强游戏和视频的流畅度,并提供始终在线的HDR体验。

“独显”芯片踩对了时间点

目前来看,市面上采取“第二芯”方案的智能手机中,搭载独立显示芯片的机型占比最大。独立显示方案的优势在于具有专业的后端图像质量处理能力,技术主要来自以往电视芯片供应商。

从供应链方面追溯,可以发现OPPO、vivo、荣耀、黑鲨、iQOO、一加等众多手机厂商的“独显”支持方案均源自Pixelworks逐点半导体,后者在色彩管理与视觉处理方面拥有超过20年技术开发与实践经验,横跨投影、电视、移动手机等不同显示终端。

事实上,早在2007年左右,英伟达就曾专门为手机打造过一款名为GeForce 5500的“独显”芯片,可彼时手机上主流视频分辨率还处于240x320水平,这颗“独显”芯片的出现显得有些多余。如今,随着视频和游戏内容的不断丰富,手机作为显示终端的使用场景也逐渐多元化,而这也让用户对手机的显示性能寄予更多期待, “独显”的出现恰逢其时。

作为GPU渲染画面和屏幕之间的一道优化桥梁,“独显”芯片的作用主要有四大方面,分别是强化图像质量,优化自适应显示技术,提升游戏及影像流畅度,平衡功耗。其中,与用户体验关联度最高的关键技术有MEMC(Motion Estimation and Motion Compensation,运动预测和运动补偿)插帧和SDR转换HDR技术。

MEMC插帧技术的意义在于增强画面流畅度。吴怡君告诉爱集微:“Pixelworks专利的MotionEngine ™ 影像技术可以高效计算出游戏原本两帧画面中的过渡帧,通过智能插帧,将低帧率的游戏内容插帧至最高120fps,使画面更加丝滑流畅。此外,分布式的处理架构可以分担GPU的负载,有效降低GPU的画面渲染压力,从而降低功耗。

目前,插帧算法在PC端的应用已较为普遍,比如Premiere软件中使用的光流法,视频播放器提供的插帧功能,其原理均是调用GPU资源,通过运算得出过渡帧补入。相较手机而言,PC端对功耗的要求显然要宽松得多。

以往手机为实现高帧率显示效果,需要依赖GPU计算每一帧画面,对GPU造成很大负担,进而影响手机的续航能力。虽然,从物理原理上看,使用“独显”芯片需要调用额外的系统资源,但相比直接使用GPU输出原生高帧率画面,MEMC在输出同等高帧率画面时所需要的芯片算力更小, GPU的渲染压力也更少,继而也拉长了续航时间。而对于无法运行原生高帧画面的手机来说, “独显”则也让低帧秒变高帧成为可能。功耗的一小步,有时是画质和体验的一大步。

MEMC技术让动态影像更流畅,带来更强的真实感和沉浸感,而SDR转换HDR技术则直接作用于画面呈现。在视觉显示效果方面,SDR转HDR可以更充分发挥出屏幕显示性能,高动态范围显示带来更强的视觉冲击力,归结起来便是黑场更清楚,白场不溢出,画面呈现出的细节更为丰富。

实时SDR转换HDR对比 图源:Pixelworks官网

“独显”芯片主要面向对视觉显示质量要求较高的用户,以及广大游戏用户。在用户的实际操作中,游戏的流畅度与画面质量对玩家的游戏表现起着关键的作用,高帧率、高画质的游戏场景能让玩家更快地进入角色,帮助他们迅速识别游戏中的埋伏,及时做出反应,获得更出色的游戏表现。

“独显”方式仍在进化

随着高刷屏时代的到来,高刷屏手机的流行让用户体会到高帧率带来的“爽感”,自然也在无形中提高了用户对手机显示效果的期待值。然而,即便用上了高刷屏,在手机性能和电池续航的限制,以及视频、游戏资源本身帧率低下的情形下,并不能将高刷屏的长处充分发挥,而专款专用的“独显”芯片价值便在此处显现。

2021年末,为了进一步提升手游在手机上的显示体验,Pixelworks逐点半导体发布了最新的X7系列移动视觉处理器与渲染加速引擎2.0。通过与业内知名的游戏引擎公司合作,Pixelworks逐点半导体在游戏内容端与制作端进行了更深度的挖掘,通过生态链整合及算法优化,在降低GPU负载的同时,将画面的插帧延时降至物理极限水平,进一步提升平滑度及跟手性。

经过新一轮技术迭代后,“独显”芯片可支持的屏幕刷新率也再次提升。根据官方新闻稿显示,Pixelworks X7芯片可以显著提高LCD和OLED屏的视频和图像质量,在FHD+分辨率下能支持最高180Hz刷新率,WQHD+分辨率下可以支持刷新率高达144Hz。

汪志伟表示,为了充分发挥出“独显”芯片的效能,需要与手机厂商进行深度联调工作,因为“独显”的最终表现既和手机屏幕型号和特性有关,也和手机厂商对图像质量的要求和理解有关。所以,即便各家厂商采用的是芯片,调试出来的图像风格和质量水平依旧会有差异。

目前看来,“独显”芯片确实在智能手机上发挥出了不错效果。Sravan Kundojjala告诉爱集微:“小米、OPPO和vivo这些厂商正试图用独立的NPU、ISP或显示芯片来强化在显示、摄像头和AI功能等方面的差异性。分立芯片提供了更强的性能,但也增加了一些成本和电路板空间,后续仍有优化的空间。

对于手机独立显示芯片是否会走向集成化,一位业内专业人士表达了自己的看法。早年间有手机厂商曾尝试采用集成方式,但效果却不如独立显示芯片方案,因此又转而采用“独显”方案。虽然集成路线在技术上是可行的,但实操起来难度很高,因此,就目前来看,“独显”方案仍有持续性。

近年来,随着无线网络与智能手机性能的不断提升,移动游戏逐渐成为游戏市场主体部分。根据国际数据公司Data.ai近期发布的报告,预计今年全球游戏市场总额将达到2220亿美元,其中超过61%来自移动游戏市场,约为1360亿美元。

全球游戏市场占比情况 图源 Data.ai

就手机用户体验而言,除了“独显”带来的技术支持,来自内容生态支持同样重要,而手机游戏生态建设便是一关键。因此,“独显”芯片厂商除了与移动平台厂商合作外,也需要与游戏内容创作者、开发者这些手游生态上下游合作,共同建设可持续发展的游戏生态系统,最终提升用户在移动端的游戏体验。

目前来看,“独显”已经成为手机厂商提升产品性能和差异化重要方式。随着“独显”芯片的迭代升级和相关产业链的不断完善,相信用户在影像和游戏上的体验感也将迎来新的提升。

责编: 张轶群

王小方

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邮箱:wangxf@lunion.com.cn

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