355
今年11月初，炬芯科技正式發(fā)布了第一代基于模數(shù)混合電路實(shí)現(xiàn)的SRAM based CIM（Mixed-mode SRAM based CIM，簡(jiǎn)稱MMSCIM）端側(cè)AI音頻芯片，引發(fā)了市場(chǎng)的關(guān)注。
近日，炬芯科技在珠?？偛空匍_媒體溝通會(huì)，炬芯科技董事長(zhǎng)兼CEO周正宇博士介紹了公司發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)品布局的同時(shí)，也詳細(xì)解析了最新的MMSCIM端側(cè)AI音頻芯片。
到國(guó)際市場(chǎng)上去替代：成功進(jìn)入三大頂級(jí)音響品牌
炬芯團(tuán)隊(duì)源于2001年成立的炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“炬力”），期間經(jīng)歷了炬力登陸納斯達(dá)克，隨后又從納斯達(dá)克私有化退市，再到成立炬芯，2021年成功登陸科創(chuàng)板，發(fā)展至今已有了20多年的時(shí)間，是國(guó)內(nèi)最早一批集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)之一。
炬芯成立以來(lái)一直聚焦于低功耗無(wú)線音頻芯片領(lǐng)域（相關(guān)產(chǎn)品在其營(yíng)收當(dāng)中占比約70%，此外也有便攜式音視頻SoC芯片和端側(cè)AI處理器），憑借專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)以及20多年的技術(shù)沉淀和積累，多元化的產(chǎn)品布局，成功覆蓋了藍(lán)牙音箱、TWS/OWS耳機(jī)、智能手表、錄音筆、語(yǔ)音遙控器、無(wú)線麥克風(fēng)、無(wú)線電競(jìng)耳機(jī)、無(wú)線家庭影院、AR眼鏡等眾多市場(chǎng)。
截至目前，炬芯已經(jīng)擁有了超過300項(xiàng)全球?qū)＠?，以及超過100家品牌客戶，其中除了華為、OPPO、小米、榮耀、傳音、realme、TCL、海信等國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)/智能硬件/家電品牌客戶，還有羅德、猛瑪、DJI等專業(yè)的無(wú)線麥克風(fēng)品牌廠商，除此以外還包括安克創(chuàng)新、西伯利亞、TOZO等知名品牌，更為關(guān)鍵的是，炬芯還進(jìn)入了國(guó)際一線音響品牌哈曼、索尼、BOSE的供應(yīng)鏈。
“近年來(lái)，國(guó)內(nèi)國(guó)產(chǎn)替代比較熱，炬芯也確實(shí)受益于國(guó)產(chǎn)替代，我們?cè)趪?guó)內(nèi)也成為了很多國(guó)產(chǎn)品牌替代高通、NXP、AKM的選擇。但是，我想要強(qiáng)調(diào)的是，炬芯是一家具備全球視野的專業(yè)音頻芯片品牌廠商?！敝苷畈┦棵鎺⑿Φ刂赋觯骸拔覀兪且試?guó)際的芯片品牌（例如高通、聯(lián)發(fā)科）為主要目標(biāo)，在國(guó)際市場(chǎng)上去進(jìn)行替代，并且近兩年也成功獲得了哈曼、索尼、BOSE這三大國(guó)際一線品牌客戶的認(rèn)可?！?/p>
對(duì)于炬芯為何能夠獲得這些頂級(jí)品牌和頭部品牌的認(rèn)可，周正宇博士給出的三大關(guān)鍵要素是：品質(zhì)、供應(yīng)鏈和專利布局以及合規(guī)。
第一，一線品牌廠商對(duì)于產(chǎn)品的品質(zhì)的要求非常高，所以需要提供的高品質(zhì)的音頻芯片，核心就是高音質(zhì)、低延時(shí)、低功耗、，高一致性，高可靠性。而炬芯在低功耗無(wú)線音頻芯片方面有著20多年的技術(shù)沉淀和經(jīng)驗(yàn)積累和品牌合作經(jīng)驗(yàn)。
第二，一線品牌廠商對(duì)于供應(yīng)鏈安全非常注重，需要有穩(wěn)妥的供應(yīng)保障，產(chǎn)能保障，產(chǎn)品長(zhǎng)生命周期功耗保障等。
第三，一線品牌廠商在技術(shù)專利布局以及合規(guī)方面也很看重，芯片供應(yīng)商需要在技術(shù)和專利上干凈、沒有漏洞以及有自己創(chuàng)新專利技術(shù)，讓品牌客戶用的放心。
憑借20多年在音頻領(lǐng)域的技術(shù)積累以及海內(nèi)外上市的經(jīng)驗(yàn)，炬芯在產(chǎn)品品質(zhì)、供應(yīng)鏈和專利布局以及合規(guī)方面早已經(jīng)具備了與一線品牌客戶匹配的能力。
比如在音質(zhì)方面，一方面是需要把信號(hào)鏈做得足夠好，另一方面則是要基于對(duì)聲學(xué)心理學(xué)的理解，開發(fā)出各種優(yōu)秀的音效算法和調(diào)音技術(shù)。
周正宇博士告訴芯智訊：“我們內(nèi)置在SoC里的ADC/DAC的信噪比和底噪，已經(jīng)可以做到跟外置的ADC/DAC的信噪比和底噪差不多，可以對(duì)標(biāo)高通和德州儀器的同類產(chǎn)品?？梢哉f，我們把整個(gè)的信號(hào)鏈全都整合進(jìn)了SoC，并且達(dá)到分立器件才能實(shí)現(xiàn)的信號(hào)鏈的性能指標(biāo)如線性度、底噪以及SNR，這個(gè)是必要條件。同時(shí)，我們基于過去多年的對(duì)于主觀聲學(xué)的理解，也開發(fā)出了一系列音效算法，簡(jiǎn)單來(lái)說就是把聲音以符合用戶喜好的效果呈現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)然，我們也支持客戶的自有音效算法，幫助他們更好的呈現(xiàn)出來(lái)，在這個(gè)基礎(chǔ)上調(diào)音技術(shù)也極其重要這就是前一個(gè)必要條件（得到干凈的電信號(hào)）基礎(chǔ)上需要繼續(xù)達(dá)成的充分條件?！?/p>
為了進(jìn)一步提升國(guó)際影響力，近兩年炬芯還在上海、韓國(guó)組建了專門面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)的營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)，助力炬芯對(duì)于海外市場(chǎng)以及海外品牌客戶的開拓。周正宇博士向芯智訊透露，炬芯今年業(yè)績(jī)的快速增長(zhǎng)與此也有非常大的關(guān)系。
根據(jù)財(cái)報(bào)顯示，今年前三季度炬芯業(yè)績(jī)創(chuàng)歷史新高，實(shí)現(xiàn)營(yíng)收4.67億元，同比增長(zhǎng)24.05%；歸母凈利潤(rùn)7091.3萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)51.12%。其中，第三季度實(shí)現(xiàn)營(yíng)收1.86億元，同比增長(zhǎng)18.66%；歸母凈利潤(rùn)達(dá)到2997.26萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)34.87%。
開拓低延遲私有協(xié)議音頻市場(chǎng)
對(duì)于炬芯傳統(tǒng)聚焦的便攜式無(wú)線音頻設(shè)備來(lái)說，因?yàn)橹饕?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B1%A0/">電池供電設(shè)備，所以低功耗非常重要，對(duì)于音質(zhì)的要求近年來(lái)也有持續(xù)提高，但對(duì)于低延遲卻并不嚴(yán)苛。
雖然相對(duì)于智能手機(jī)、藍(lán)牙音箱、TWS耳機(jī)等產(chǎn)品的龐大出貨量來(lái)說，對(duì)于低延遲要求更高的音頻設(shè)備市場(chǎng)看似規(guī)模不大，但是依然是一個(gè)不容忽視的高價(jià)值市場(chǎng)。
比如在插電的電視周邊、家庭影院市場(chǎng)，隨著對(duì)于音響的要求從杜比數(shù)字（Dolby Digtial）升級(jí)到杜比全景聲（Dolby Atmos），對(duì)于音頻傳輸?shù)臅r(shí)延要求非常高。如果時(shí)延高，可能就會(huì)出現(xiàn)聲音與畫面不同步的問題（本來(lái)應(yīng)該是聽到來(lái)自后方的聲音，但是因?yàn)檠舆t過大，畫面進(jìn)入到出現(xiàn)另一個(gè)方位的音源，后方聲音才被聽到）。
在周正宇看來(lái)，電視周邊、家庭影院市場(chǎng)將是炬芯未來(lái)增長(zhǎng)的一個(gè)重要方向。“假設(shè)智能手表/手環(huán)一年出貨2億只，每個(gè)里面也只有一顆音頻芯片，所以一年就是2億顆音頻芯片；假設(shè)TWS耳機(jī)一年出貨也是2億副，一副耳機(jī)需要兩顆芯片，所以一年就是4億顆音頻芯片。而電視周邊、家庭影院市場(chǎng)的音響系統(tǒng)假設(shè)一年出貨2000萬(wàn)套，但是它并不是只需要一顆無(wú)線音頻芯片，如果是杜比全景聲通常需要五顆無(wú)線音頻芯片（Soundbar里2顆，兩個(gè)環(huán)繞音箱和一個(gè)低音炮各1顆），這里可能就是1億顆無(wú)線音頻芯片的需求，所以這個(gè)市場(chǎng)看似很小，其實(shí)并不小，而且價(jià)值量更高?！?/p>
據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)的海信、TCL等電視品牌廠商都在用炬芯的無(wú)線音頻芯片在做無(wú)線環(huán)繞音響的無(wú)線傳輸。
再比如像無(wú)線麥克風(fēng)、無(wú)線電競(jìng)耳機(jī)、無(wú)線話務(wù)耳機(jī)、多鏈接高清會(huì)議系統(tǒng)等需要音視頻同步或有互動(dòng)需求的音頻產(chǎn)品，對(duì)于低延遲要求都是非常的高，需要聲音能夠做到幾乎實(shí)時(shí)的同步。
對(duì)于應(yīng)用最廣的藍(lán)牙音頻技術(shù)來(lái)說，其帶寬是比較有限的，在標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙傳輸協(xié)議下，通常延遲最低也有40-100ms，想要把延時(shí)做低，就需要采用私有協(xié)議，降低傳輸?shù)姆獍徒獍难訒r(shí)。比如一個(gè)數(shù)據(jù)封包是10ms，一發(fā)一收就是要20ms。同時(shí)，還需要低延遲的音頻編解碼技術(shù)，比如采用最新的LC3和其增強(qiáng)版本LC3 Plus技術(shù)等。
對(duì)于炬芯來(lái)說，主要是從三個(gè)方面去解決：一是優(yōu)化硬件通路，降低ADC-DAC信號(hào)鏈路的延遲，直接集成到SoC當(dāng)中；二是優(yōu)化傳輸協(xié)議，縮短封包的包長(zhǎng)，目前炬芯最低已經(jīng)做到了1.25ms的包長(zhǎng)；三是在支持LC3/LC3 Plus等低延遲的音頻編解碼技術(shù)的同時(shí)，炬芯也有自己私有編解碼技術(shù)，可以將延時(shí)做得更低。
那么對(duì)于音頻傳輸技術(shù)的未來(lái)，怎么才能做到極低的延遲呢？理想狀態(tài)下是采用大帶寬的傳輸技術(shù)，這樣無(wú)需對(duì)音頻進(jìn)行壓縮，可以直接進(jìn)行音頻傳輸，時(shí)延還會(huì)非常低。目前炬芯也在研究基于私有協(xié)議的超寬帶無(wú)線音頻傳輸技術(shù)，有機(jī)會(huì)進(jìn)一步提升音質(zhì)和降低延遲，持續(xù)給用戶帶來(lái)更低延遲高音質(zhì)的無(wú)線音頻產(chǎn)品體驗(yàn)。
存內(nèi)計(jì)算，發(fā)力AI音頻市場(chǎng)
隨著生成式AI技術(shù)的快速發(fā)展，以及終端設(shè)備性能的持續(xù)提升，AI計(jì)算也開始由云端進(jìn)入終端側(cè)。相對(duì)于依賴于云的AI來(lái)說，邊緣側(cè)AI有著不依賴于網(wǎng)絡(luò)（離線也能工作）、反饋更實(shí)時(shí)（延時(shí)更低）、隱私安全（不需要將數(shù)據(jù)傳輸到云端）等方面的優(yōu)勢(shì)。雖然，云端的AI也有著模型更大，算力更強(qiáng)，更智能的優(yōu)勢(shì)。不過，現(xiàn)在也涌現(xiàn)出了很多符合邊緣側(cè)需求的更專業(yè)化的AI小模型。
炬芯認(rèn)為，未來(lái)AI的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)走向混合AI架構(gòu)，即在云端和邊緣端之間分配并協(xié)調(diào)AI工作。比如現(xiàn)在很多的AI PC、AI手機(jī)、AI眼鏡等也是基于這種混合AI架構(gòu)。
由于炬芯過去一直專注于低功耗無(wú)線音頻市場(chǎng)，因此炬芯主要關(guān)注的是對(duì)于AI算力要求并不高的由電池供電的中小型模型端側(cè)AI市場(chǎng)。具體來(lái)說，主要覆蓋算力要求在0.01-3TOPS之間，存儲(chǔ)空間小于10MB，模型參數(shù)大小在0.01-10MB之間，功耗小于10mW的目標(biāo)市場(chǎng)。
但是現(xiàn)有的端側(cè)AI解決方案存在著很多的挑戰(zhàn)。比如CPU+DSP的解決方案，算力低、性能弱，能效比也比較差；而基于CPU+NPU的解決方案，難以適應(yīng)新模型的涌現(xiàn)，也沒有升級(jí)的彈性。
對(duì)此，炬芯選擇了全新一代基于模數(shù)混合SRAM存內(nèi)計(jì)算(MMSCIM)解決方案，由于無(wú)需再像傳統(tǒng)的馮諾依曼架構(gòu)那樣，需要在處理器和外部DRAM/FLASH之間不停地搬運(yùn)數(shù)據(jù)。根據(jù)英特爾的一份數(shù)據(jù)顯示，處理器的功耗，大約67%都是消耗在了數(shù)據(jù)搬運(yùn)過程中，只有30%多是實(shí)際消耗在了計(jì)算上。
因此，SRAM存內(nèi)計(jì)算解決方案可以實(shí)現(xiàn)在更低的功耗下發(fā)揮出更高的端側(cè)AI性能，即大幅提升端側(cè)AI的能效表現(xiàn)。據(jù)介紹，目前炬芯的SRAM存內(nèi)計(jì)算方案已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)近10TOPS/W的高能效表現(xiàn)，即在1TOPS算力下，功耗僅100mW。未來(lái)炬芯希望繼續(xù)朝著100TOPS/W的能效表現(xiàn)邁進(jìn)。此外，由于無(wú)需進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)，SRAM存內(nèi)計(jì)算也可以帶來(lái)更低的延時(shí)表現(xiàn)。
周正宇博士坦言，雖然SARM相對(duì)于其他存儲(chǔ)介質(zhì)成本更高，面積更大，但是技術(shù)卻是目前最為成熟的，性能表現(xiàn)也非常不錯(cuò)。相比之下，雖然新興的NVRAM如RRAM或MRAM等技術(shù)很美好，但當(dāng)下都不夠成熟。周正宇博士預(yù)期未來(lái)當(dāng)RRAM技術(shù)成熟以后，SRAM 跟RRAM的混合技術(shù)有機(jī)會(huì)成為最佳技術(shù)路徑，需要經(jīng)常寫的AI計(jì)算可以基于SRAM的CIM實(shí)現(xiàn)，不經(jīng)常或者有限次數(shù)寫的AI計(jì)算由RRAM的CIM實(shí)現(xiàn)，基于這種混合技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更大算力和更高的能效比。
炬芯最新發(fā)布三款基于MMSCIM的端側(cè)AI音頻芯片：包括主要面向低延遲私有無(wú)線音頻領(lǐng)域的ATS323X系列；面向藍(lán)牙AI音頻領(lǐng)域的ATS286X系列；面向AI DSP領(lǐng)域的ATS362X。
三個(gè)系列芯片均基于22nm工藝，采用了 CPU+ DSP + NPU（MMSCIM）三核異構(gòu)的設(shè)計(jì)架構(gòu)。炬芯的研發(fā)人員將MMSCIM和先進(jìn)的HiFi5 DSP融合設(shè)計(jì)形成了炬芯科技“Actions Intelligence NPU（AI-NPU）”架構(gòu)，并通過協(xié)同計(jì)算，形成一個(gè)既高彈性又高能效比的NPU架構(gòu)。在這種AI-NPU架構(gòu)中MMSCIM支持基礎(chǔ)性通用AI算子和模型，提供低功耗大算力。同時(shí)，由于AI新模型新算子的不斷涌現(xiàn)，MMSCIM沒覆蓋的新興算子或模型則由HiFi5 DSP來(lái)予以補(bǔ)充。
據(jù)介紹，單個(gè)MMSCIM核心算力為100GOPS@500MHz，能效高達(dá)6.4TOS/W@INT8，具備低功耗大算力、極致的能效比的特性。在同等條件下，相較于DSP HiFi5，實(shí)際應(yīng)用算力和能效比分別可提升約16倍和60倍，功耗可降低90%以上。
而通過MMSCIM和HiFi5 DSP的協(xié)同設(shè)計(jì)，NPU支持基礎(chǔ)性通用AI算子，DSP予以特殊算子的補(bǔ)充，形成一個(gè)既高彈性又高能效比的AI NPU融合架構(gòu)，使得芯片在算力和能效方面實(shí)現(xiàn)顯著突破。
同時(shí)，炬芯還推出了自己的開發(fā)工具鏈, 搭配芯片支持TensorFlow、Caffe、TFLite、PyTorch和ONNX等主流深度學(xué)習(xí)框架，并支持目前所有主流的AI模型，可為各類終端產(chǎn)品提供強(qiáng)大的算力支撐，并便于品牌客戶進(jìn)行個(gè)性化AI算法開發(fā)及AI應(yīng)用的移植。
此外，客戶只要按照標(biāo)準(zhǔn)的TensorFlow、 PyTorch 這類框架來(lái)設(shè)計(jì)自己算法，然后導(dǎo)入炬芯的開發(fā)工具，它就能夠自動(dòng)選擇最適合的DSP或者NPU來(lái)進(jìn)行處理，不需要人為的去分配，極大了簡(jiǎn)化了開發(fā)的效率。
ATS323X系列作為炬芯科技第一代搭載AI-NPU的三核異構(gòu)SoC芯片，同時(shí)也是炬芯科技第三代高音質(zhì)低延遲無(wú)線收發(fā)音頻芯片，該芯片系列可廣泛應(yīng)用于無(wú)線麥克風(fēng)、無(wú)線電競(jìng)耳機(jī)、無(wú)線話務(wù)耳機(jī)、多鏈接高清會(huì)議系統(tǒng)以及無(wú)線收發(fā)一體器等多種產(chǎn)品中，將為此類產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)AI賦能，助力終端品牌產(chǎn)品邁進(jìn)AI新時(shí)代。
據(jù)介紹，目前該芯片方案正與品牌客戶協(xié)同開發(fā)中，明年上半年將在終端品牌產(chǎn)品中落地應(yīng)用，可以為用戶帶來(lái)特別的AI產(chǎn)品體驗(yàn)。
根據(jù)炬芯公布的路線圖顯示，其將于2025年推出的第二代基于MMSCIM的端側(cè)AI音頻芯片，雖然還是22nm制程，算力會(huì)提升到單核300GOPS，但是會(huì)加入對(duì)于Transformer模型的硬件化支持，AI能效將提升至7.8TOPS/W@INT8；2026年推出的第三代基于MMSCIM的端側(cè)AI音頻芯片將升級(jí)至12nm制程，單核算力提升至1TOPS，同樣支持Transformer模型，AI能效將進(jìn)一步提升至15.6TOPS/W@INT8。
小結(jié)：
從上面的介紹我們可以看到，炬芯目前業(yè)績(jī)的增長(zhǎng)主要來(lái)源于三個(gè)方面：第一個(gè)是與國(guó)際一線品牌的合作；第二個(gè)是來(lái)自低延遲、高音質(zhì)需求的私有協(xié)議音頻設(shè)備市場(chǎng)；第三是來(lái)自端側(cè)AI音頻設(shè)備。
“國(guó)際一線品牌突破、私有協(xié)議音頻市場(chǎng)的增長(zhǎng)和端側(cè)AI音頻市場(chǎng)增長(zhǎng)是驅(qū)動(dòng)炬芯業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)的三個(gè)主要?jiǎng)恿ΑＦ渲?，端?cè)AI音頻領(lǐng)域?qū)⑹蔷嫘景l(fā)力的重點(diǎn)。從去年開始，我們來(lái)自AI芯片的收入基本呈現(xiàn)每年一倍的增長(zhǎng)速度，我相信2025年還將繼續(xù)保持較高的增長(zhǎng)?！敝苷畈┦靠偨Y(jié)說道。
編輯：芯智訊-浪客劍
