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作者 |??ZeR0，編輯?|??漠影
安卓旗艦啟動性能一致性超越蘋果，讓計算單元更多運行在最佳能效的甜點區(qū)間。
芯東西12月27日報道，自研芯片技術(shù)已經(jīng)是優(yōu)化手機終端體驗的重要途徑。27日下午，OPPO亮出芯片調(diào)校技術(shù)的最新進展，首度公布其自研芯片軟硬融合技術(shù)棧關(guān)鍵的潮汐架構(gòu)。
潮汐架構(gòu)能有效解決影響SoC計算效率提升的存算分離、芯片調(diào)度兩大瓶頸：
1、對性能的優(yōu)化深入到傳統(tǒng)手機廠商無法精細化的片上緩存系統(tǒng)，首次實現(xiàn)系統(tǒng)級緩存及L3緩存的動態(tài)匹配，可將平均能效節(jié)約8%。
2、精準動態(tài)調(diào)度SoC計算單元，使得快手、高德地圖、微博、瀏覽器等應(yīng)用均能效提升明顯。
3、解決了影響系統(tǒng)流暢性的GPU控制顯示時延一致性難題，讓安卓旗艦手機的啟動性能一致性體驗超越蘋果。
除了潮汐架構(gòu)外，面向安全隱私，OPPO獨家VIP模式提供芯片級權(quán)限加密，內(nèi)置國密認證安全芯片，實現(xiàn)隱私信息獨立存儲、物理隔離。此外，OPPO預告潮汐架構(gòu)還會有重大升級，將進一步拓展與聯(lián)發(fā)科的合作伙伴關(guān)系，深度參與下一代天璣旗艦芯片相關(guān)硬件的設(shè)計。
01.緩存機制：精細化利用片上緩存，平均能效節(jié)約8%
OPPO軟件技術(shù)規(guī)劃與架構(gòu)設(shè)計總監(jiān)洪漢生說，做好芯片調(diào)校，需要兼具好的芯片和軟件能力。當前SoC芯片計算效率提升困難有兩大瓶頸：
1）智能手機性能鏈路沿用經(jīng)典的馮·諾依曼式結(jié)構(gòu)，存算分離，存儲讀寫速度遠低于CPU計算速度；
2）芯片的調(diào)度方案缺乏場景級的認知。對此，OPPO帶來自研的軟硬芯片融合技術(shù)?！?strong>潮汐架構(gòu)。
據(jù)洪漢生分享，潮汐架構(gòu)是OPPO在手機芯片調(diào)校領(lǐng)域鉆研多年的綜合成果。這些年，OPPO一直讓一些做系統(tǒng)軟件的工程師學習芯片技術(shù)，又招聘了大量的芯片設(shè)計工程師，讓他們理解軟件場景。所以潮汐架構(gòu)是由一群懂軟件、懂系統(tǒng)、懂芯片的技術(shù)專家們共同打造出來的。針對典型馮·諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)普遍存在的存算分離問題，洪漢生認為，緩存的使用是所有策略中最沒有副作用的、最有效的一個辦法。
存儲器的金字塔，越往高處，速度越快。因為價格貴，所以上面幾層容量越來越小。越往下，因為成本優(yōu)勢，容量能做的比較大。相比內(nèi)存存儲，緩存的讀寫速度優(yōu)勢能達到10倍甚至百倍。如果讓數(shù)據(jù)讀取發(fā)生在金字塔上層，那么整個計算鏈路的效率能得到很大提升。用好緩存，有助于實現(xiàn)性能和功耗的兼顧。OPPO過去幾年在這方面取得了進步。相對傳統(tǒng)手機公司僅能在ROM或RAM進行性能優(yōu)化，潮汐架構(gòu)深入到了片上系統(tǒng)緩存及L3緩存。
“里面的辛酸，可能只有我自己知道?！睋?jù)洪漢生回憶，兩年前OPPO團隊決定做的時候，沒有仿真平臺，更不要說代碼或者開放接口，工程師們只能通過調(diào)整CPU、GPU、DDR的參數(shù)，改變投票策略，看緩存的命中和缺失，改一組數(shù)據(jù)就測一個結(jié)果，硬是用這種“笨辦法”，足足整理了一整年的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)建模，看明白其中的規(guī)律和原理，從入門到精通，真正理解了技術(shù)。然后，OPPO團隊與芯片廠商深入合作，成立性能和功耗的聯(lián)合實驗室，一起設(shè)計了從L3緩存到系統(tǒng)緩存的分區(qū)管理機制。潮汐架構(gòu)基于單場景去判斷當前應(yīng)用對系統(tǒng)資源的需求，緩存能夠根據(jù)CPU和GPU進行動態(tài)配比，并使CPU、GPU等計算核心在最優(yōu)頻點區(qū)間運行。如果是計算型任務(wù)占多，則主動分配更多緩存給CPU；如果渲染型任務(wù)占多，則將資源傾斜給GPU。
洪漢生說，這些方案看上去不復雜，但如果回到兩年前，“黑盒子”曾經(jīng)就像一座大山一樣擋住了道路，不翻過去，永遠不會知道山的那邊是什么樣子的，所幸OPPO團隊翻過了那座大山。經(jīng)測算，在性能無損的情況下，潮汐架構(gòu)可實現(xiàn)8%的平均能效節(jié)約。
02.算力調(diào)度：動態(tài)調(diào)度SoC計算單元，明顯提升日常應(yīng)用能效
下一個問題是芯片怎樣做算力調(diào)度。計算機CPU有一個甜點區(qū)間，在這個區(qū)間里，能效比是最佳的；在這個區(qū)間外，有時候為了一點點的性能提升，要付出極大的功耗損失。如果一個場景變得復雜，計算需求如何在多個計算單元里以最低能耗執(zhí)行？怎樣讓多個核心都處于這樣的甜點區(qū)間？這是一門復雜的學問。
據(jù)洪漢生透露，在OPPO新一代旗艦上，有1+2+3+2的架構(gòu)，也有全大核的架構(gòu)。由OPPO與芯片廠商深度合作打造的潮汐架構(gòu)，通過對應(yīng)用具體場景的準確識別，精細化地進行場景調(diào)度分析和精準的算力功耗匹配，實現(xiàn)SoC計算單元的動態(tài)調(diào)度，讓計算單元更多地運行在最佳能效的甜點區(qū)間。
在跨平臺的CPU頻率映射上，潮汐架構(gòu)幫助避免了一些過度的算力消耗。
如圖是實測在重載游戲下滿幀情況的一個頻點分布。可以看到，性能該釋放時，高頻點不吝嗇，但其他時候，其調(diào)度控制得非常精細，能夠把整個頻率能夠壓到非常低。從其他常用的快手、高德地圖、相冊、微博、瀏覽器等各種頭部應(yīng)用測試結(jié)果看，潮汐架構(gòu)使其在SoC整體能耗上取得了3%以上的收益。
洪漢生解釋說，這些數(shù)據(jù)看起來不多，是因為芯片能效不是那么容易提升的，而這些，都是真真實實的數(shù)據(jù)。
03.流暢性：讓安卓旗艦啟動性能一致性超越蘋果
除了能效外，潮汐架構(gòu)還給安卓旗艦手機帶來了流暢性上的顯著進步。洪漢生提到蘋果手機總是給人以更加流暢的意向。在他看來，安卓手機的流暢性如果想要超越蘋果，最大的鴻溝就是“總是”這兩個字。做一次流暢很容易，做百次、千次、萬次也不難，但是做到十萬次、百萬次，需要解決看不到的問題，要實現(xiàn)基本環(huán)節(jié)的體驗始終保持一致。
OPPO是怎么做的？洪漢生分享說，日常使用手機點開一個應(yīng)用，從點擊那一刻到這個應(yīng)用的圖標展開，區(qū)間大概是100多毫秒。經(jīng)過長時間的分析，OPPO團隊發(fā)現(xiàn)要把它做流暢，可能比做一個游戲120幀還要難。這是因為有三個行業(yè)難題：一是觸控響應(yīng)一致性，二是軟件上的線程調(diào)度一致性，三是GPU顯示時延一致性。跟GPU強相關(guān)的顯示時延一致性怎么做呢？安卓手機采用的是分層次渲染，每一幀的動畫顯示都要經(jīng)歷過多次軟件合成、硬件合成，會在GPU里進進出出。如果說這是一條生產(chǎn)線，GPU就像是控制中臺，必須有能力根據(jù)整個生產(chǎn)線上所有環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的任何偏差進行及時糾正，去動態(tài)增加時鐘信號、動態(tài)增強GPU驅(qū)動能力，只有這樣，才能保證小到幾毫秒級別的時延，做到始終一致性。
否則，如果整個生產(chǎn)線錯過了一個時鐘信號，就會導致整個工序往右移，會出現(xiàn)丟幀和延遲感，帶給終端用戶不好的體驗，比如點擊圖標后沒有響應(yīng)，整個頁面的顯示是姍姍來遲的。在解決掉這三個問題后，OPPO參考了蘋果的設(shè)計，把響應(yīng)時間調(diào)到了一個比較舒適的時間，不快也不慢，然后用高速攝像機反復進行測試，最后成功將整個應(yīng)用的啟動響應(yīng)時間控制得像蘋果那樣非常平穩(wěn)。通過精準的芯片算力調(diào)度，基于場景動態(tài)增強GPU驅(qū)動能力，潮汐架構(gòu)解決了影響系統(tǒng)流暢性的GPU控制顯示時延一致性難題，從而保證了啟動性能的一致性。在模擬1天使用的320次應(yīng)用啟動測試，OPPO Find X7以低至11ms的啟動響應(yīng)標準差，做到了所有旗艦的第一名，甚至超越了以穩(wěn)定流暢著稱的蘋果。
04.國密二級認證安全芯片加持，實現(xiàn)硬件級安全加密
在保障用戶隱私安全方面，OPPO致力于通過全鏈路的應(yīng)用、數(shù)據(jù)管控和軟硬件結(jié)合的創(chuàng)新功能，已取得多項國內(nèi)外安全隱私領(lǐng)域頂級認證。
在今年10月發(fā)布Find N3典藏版時，OPPO推出了行業(yè)首創(chuàng)的“VIP模式”，通過三段式物理開關(guān)，一鍵就能關(guān)閉麥克風、攝像頭、定位等敏感權(quán)限，為用戶隱私進行硬件級安全加密。VIP模式也將登陸下一代Find X系列旗艦。OPPO為“VIP模式”加持了一個通過手機領(lǐng)域最高認證等級的國密二級認證安全芯片。該芯片能夠獨立存儲各種敏感信息，相比傳統(tǒng)的軟件安全方案，芯片級的加密方式可以將敏感權(quán)限的管理、授權(quán)開關(guān)，與操作系統(tǒng)分離，鎖進安全芯片的硬件層，由芯片級安全子系統(tǒng)進行管理。
安全芯片配合通話隱私雙向保護、隱私信息自動打碼、證件照片一鍵水印等隱私功能，從硬件到一系列軟件功能，全方面守護用戶的隱私安全。
05.結(jié)語：手機競爭卷向芯片調(diào)校
同一顆芯片，不同的芯片調(diào)校能力，影響了手機在實際使用中能夠發(fā)揮的芯片性能。隨著摩爾定律瀕臨失效，每一代芯片制程提升，背后有行業(yè)千億級美元的投入、百萬級工程師的努力，也只能把芯片的整體能效提升百分之十幾。
OPPO實現(xiàn)8%的平均能效節(jié)約，足見芯片調(diào)校對于優(yōu)化能效表現(xiàn)的重要性。在有限的芯片選擇中，通過軟硬件協(xié)同實現(xiàn)手機體驗差距的芯片調(diào)校能力競爭，已經(jīng)從手機巨頭們之間暗戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為臺前“秀肌肉”的焦點。
這些終端用戶“看不見”的優(yōu)化，拼得是不止是軟硬件技術(shù)實力，還考驗了手機大廠們的場景級認知、與芯片原廠合作深度等綜合能力。隨著芯片調(diào)校愈發(fā)精細化，更高的性能、更優(yōu)的能效，更穩(wěn)定的流暢性，結(jié)合越來越多引入的智能優(yōu)化技術(shù)，最終將使用戶受益。
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