华为海思麒麟处理器的成功之路(四)——自主微架构从ISP开始

华为海思麒麟处理器的成功之路(四)——自主微架构从ISP开始

自主研发微架构是IC设计实力的体现

一颗手机SoC芯片包含BP(基带芯片)、CUP(通用处理器)、GPU(图形处理器)、DSP(数字信号处理器)、ISP(图像信号处理器)等重要的模块,这些模块我们都可以称之为IP。一家IC设计公司的芯片里有多少自己的IP是这家IC公司实力的体现。

除去基带部分,移动通信领域ARM一家独大,要想生产制造ARM处理器就要得到ARM公司的授权,授权分两种,一种是指令集(instruction set architecture (ISA))授权,另一种是微架构(Microarchitecture)授权。指令集是处理器执行的最最基础的命令,微架构是对此的实现,经过多年发展指令集已经不是处理器设计的难点,微架构才是决定处理器好坏的主要因素。我们平时所说的Cortex-A57、Cortex-A53、Cortex-A72、Kyro 这些都是指CPU的微架构,其中Cortex系列为ARM公司的微架构,任何公司可以购买,也就是我们所说的公版架构,Kyro是高通自己基于ARM指令集设计的架构(也有部分是对ARM架构的魔改),也是构建在ARM指令集的生态上的微架构。

经过对ARM授权的简单介绍,对公版架构和自主架构有了一个大致的了解。那为什么有的购买ARM公版架构,有的自研架构呢?这取决于公司自身的研发实力、财力、产品周期等因素,最大的阻碍大概是自身的研发实力,毕竟微架构是CPU研发最核心也是最难的一部分,能自主研发架构的公司研发水准都是第一流的。

这些手机厂家中架构玩的最好的当属苹果,虽然同样是基于ARM指令集的,但是苹果重新设计的微架构使得苹果处理器性能一直笑傲群雄,而且可以根据自己的需要决定核心的多少而不是过分的追求多核。很多人说iPhone不过分追求硬件,殊不知苹果自研的处理器一直是最棒的,苹果在最近相继传出要自研GPU和电源管理模块,iPhone的标杆地位也引得有实力的厂家开始追求自主架构。三星的Exynos 系列处理器一直采用的是ARM的公版架构,但是从Exynos 8890 开始三星开始推出自己的M1(代号为猫鼬Mongoose)架构。

海思的自主架构从ISP开始

现在提起华为手机总是离不开双摄、徕卡这样的字眼,最初主打徕卡拍照的是华为P9。P10发布会后余承东透露P9系列销量超1200万,实际的销售数字证明主打拍照的P9绝对是成功的。想做好拍照其实并不容易,搭载徕卡双摄像头是一大卖点,但并不是说搭载了徕卡双摄像头就一定会拍照好,这还需要 ISP(Image Signal Processing 图像信号处理)的处理

手机拍照需要的主要原理过程如下图所示:被摄景物通过摄像头中的镜头,将景物的光学图像投射到传感光传感器上,由传感器将光学图像信号转换成数字信号,之后图像信号在手机中SoC上集成的ISP模块进行处理,最终转换成手机屏幕上看到的图像并存储起来。也就是说,我们品评照片时常说的图片的锐化、降噪、优化色彩等都是在ISP中处理完成的,除此之外,如今的ISP还肩负着实现相位、激光、反差等混合对焦运算以及提供对于双摄像头支持等的重任,对于拍照影响重大。


从麒麟950开始,海思的SoC芯片中开始集成自研的ISP模块。自研的ISP模块使得华为可以从底层来优化照片的处理,呈现出漂亮的样张,事实也证明从P9开始华为已经跻身全球手机拍照的第一阵营,根据专业相机评测网站DXOMARK公布的最新的数据显示华为P10的拍照成绩87分,超过86分的iPhone7,这优异成绩的背后,华为自研ISP功不可没。P10发布会后余承东透露P9系列销量超1200万,这样的销售数字证明主打拍照的P9是同样获得了消费者的认可。

结语

相对于苹果、高通、三星这样的巨头,海思的研发实力还是要差不少,开始就追求自主架构并不太现实。海思的自主架构是从ISP开始的,而不是CPU或GPU这样的处理单元,也是一个很好的突破口,而且与手机卖点结合的非常好。其实即便是ISP这样的处理单元要做到自主架构也是非常不容易的,需要不少的积累,2013年华为收购了德仪OMAP SoC在法国的业务,并以此为基础成立了图像研究中心。这也是一件很正常的事情,苹果在推出自己的处理器之前也是收购了小的公司和挖了很多的技术人才。


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编辑于 2017-05-31

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