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今年11月初，炬芯科技正式發(fā)布了第一代基于模數混合電路實現的SRAM based CIM（Mixed-mode SRAM based CIM，簡稱MMSCIM）端側AI音頻芯片，引發(fā)了市場的關注。
近日，炬芯科技在珠?？偛空匍_媒體溝通會，炬芯科技董事長兼CEO周正宇介紹了公司發(fā)展現狀及產品布局的同時，也詳細解析了最新的MMSCIM端側AI音頻芯片。
到國際市場上去替代：拿下三大頂級音響品牌
炬芯源于2001年成立的炬力集成電路設計有限公司（以下簡稱“炬力”），期間經歷了炬力登陸納斯達克，隨后又從納斯達克私有化退市，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多年的時間。
炬芯成立以來一直聚焦于低功耗無線音頻芯片領域（相關產品在其營收當中占比約70%，此外也有便攜式音視頻SoC芯片和端側AI處理器），憑借超過350人的團隊，200多的研發(fā)人員，20多年的技術沉淀和積累，多元化的產品布局，成功覆蓋了藍牙音箱、TWS/OWS耳機、智能手表、錄音筆、語音遙控器、無線麥克風、無線電競耳機、無線家庭影院、AR眼鏡等眾多市場。
截至目前，炬芯已經擁有了超過300項全球專利，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、海信等國產智能手機/智能硬件/家電品牌客戶，還有羅德、猛瑪、DJI等專業(yè)的麥克風品牌廠商，更為關鍵的是，炬芯還拿下了國際一線音響品牌哈曼、索尼、BOSE。
“近年來，國內國產替代比較熱，炬芯也確實受益于國產替代，我們在國內也成為了很多國產品牌替代高通、NXP、AKM的選擇。但是，我想要強調的是，炬芯是一家具備全球視野的專業(yè)音頻芯片品牌廠商。”周正宇面帶微笑地指出：“我們是以國際的芯片品牌（例如高通、聯(lián)發(fā)科）為主要目標，在國際市場上去進行替代，并且近兩年也成功拿到了哈曼、索尼、BOSE這三大國際一線品牌客戶的訂單?！?/p>
對于炬芯為何能夠拿下這些頂級品牌和頭部品牌，周正宇給出的三大關鍵要素是：高品質、供應鏈安全和專利合規(guī)。
第一，一線品牌廠商對于產品的品質的要求非常高，所以需要提供的高品質的音頻芯片，核心就是高音質、低延時、低功耗、低故障率。而炬芯在低功耗無線音頻芯片方面有著20多年的技術沉淀和經驗積累。
第二，一線品牌廠商對于供應鏈安全非常注重，需要有穩(wěn)妥的供應保障，比如多個供應來源，產品長生命周期。
第三，一線品牌廠商在技術專利合規(guī)方面也很看重，芯片供應商需要在技術和專利上干凈、沒有漏洞，各方面都要合規(guī)，讓品牌客戶用的放心。
憑借20多年在音頻領域的技術積累以及海內外上市的經驗，炬芯在產品品質、供應鏈和專利合規(guī)方面早已經具備了與一線品牌客戶匹配的能力。
比如在音質方面，一方面是需要把信號鏈做得足夠好，另一方面則是要基于對聲學心理學的理解，開發(fā)出各種優(yōu)秀的音效算法。
周正宇告訴芯智訊：“我們內置的在SoC里的ADC/DAC的信噪比和底噪，已經可以做到跟外置的ADC/DAC的信噪比和底噪差不多，可以對標高通和德州儀器的同類產品。可以說，我們把整個的信號鏈全都整合進了SoC，并且達到分立器件才能實現的信號鏈的干凈程度、線性度、底噪以及SNR，這個是必要條件。同時，我們基于過去多年的對于主觀聲學的理解，也開發(fā)出了一系列音效算法，簡單來說就是把聲音以符合用戶喜好的效果呈現出來。當然，我們也支持客戶的自有音效算法，幫助他們更好的呈現出來。這就是前一個必要條件（得到干凈的電信號）基礎上需要繼續(xù)達成的充分條件?！?/p>
值得一提的是，在會議期間，周正宇還提及了一則趣事：國外知名的運動相機品牌廠商GoPro在通過拆解競爭對手大疆的產品后，發(fā)現其采用的是炬芯的無線音頻芯片，然后通過炬芯官方渠道才找到了炬芯，隨后雙方才達成了合作。
“GoPro的高管曾提過，他們在這之前從來沒有考慮過用中國芯片。但是當大疆提供的產品表現比他們更好的時候，他們才發(fā)現大疆原來用的中國芯片是這么高品質，采用的炬芯的芯片。這個例子就很好的全世界證明了我們中國芯片的品質和能力，也是可以到國際上去替代的，并不是只能在國內以價格來替代?！敝苷罘浅Ｗ院赖恼f道。
當然這個例子也反應了炬芯在品牌營銷上的欠缺。對此，為了進一步提升國際影響力，近兩年炬芯還在上海、韓國組建了專門面對國際市場的營銷團隊，助力炬芯對于海外市場以及海外品牌客戶的開拓。周正宇向芯智訊透露，炬芯今年業(yè)績的快速增長與此也有非常大的關系。
根據財報顯示，今年前三季度炬芯業(yè)績創(chuàng)歷史新高，實現營收4.67億元，同比增長24.05%；歸母凈利潤7091.3萬元，同比增長51.12%。其中，第三季度實現營收1.86億元，同比增長18.66%；歸母凈利潤達到2997.26萬元，同比增長34.87%。
開拓低延遲私有協(xié)議音頻市場
對于炬芯傳統(tǒng)聚焦的便攜式無線音頻設備來說，因為主要是電池供電設備，所以低功耗非常重要，對于音質的要求近年來也有持續(xù)提高，但對于低延遲卻并不嚴苛。
雖然相對于智能手機、藍牙音箱、TWS耳機等產品的龐大出貨量來說，對于低延遲要求更高的音頻設備市場看似規(guī)模不大，但是依然是一個不容忽視的高價值市場。
比如在插電的電視周邊、家庭影院市場，隨著對于音響的要求從杜比升級到杜比全景聲（Dolby Atmos），對于音頻傳輸的時延要求非常高。如果時延高，可能就會出現聲音與畫面不同步的問題（本來應該是聽到來自后方的聲音，但是因為延遲過大，畫面進入到出現另一個方位的音源，后方聲音才被聽到）。
在周正宇看來，電視周邊、家庭影院市場將是炬芯未來增長的一個重要方向?！凹僭O智能手表/手環(huán)一年出貨2億只，每個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TWS耳機一年出貨也是2億副，一副耳機需要兩顆芯片，所以一年就是4億顆音頻芯片。而電視周邊、家庭影院市場的音響系統(tǒng)假設一年出貨2000萬套，但是它并不是只需要一顆音頻芯片，因為它是一個聲道需要一顆芯片，如果是杜比全景聲就是五個聲道，就是需要五顆音頻芯片，這里可能就是1億顆音頻芯片的需求，所以這個市場看似很小，其實并不小，而且價值量更高。”
據了解，目前國內的海信、TCL等電視品牌廠商都在用炬芯的無線音頻芯片在做無線環(huán)繞音響的無線傳輸。
再比如像無線麥克風、無線電競耳機、無線話務耳機、多鏈接高清會議系統(tǒng)等需要音視頻同步或有互動需求的音頻產品，對于低延遲要求都是非常的高，需要聲音能夠做到幾乎實時的同步。
那么對于音頻傳輸來說，怎么才能做到極低的延遲呢？最好是采用大帶寬的傳輸技術，比如用WiFi、5G等技術，這樣無需對音頻進行壓縮，可以直接進行傳輸，時延就會非常低。目前炬芯也在研究基于私有協(xié)議的UWB（超帶寬）無線音頻傳輸技術。
而對于應用最廣的藍牙音頻技術來說，其帶寬是比較有限的，在標準的藍牙傳輸協(xié)議下，通常延遲最低也有50-100ms，想要把延時做低，就需要采用私有協(xié)議，降低壓縮和解壓縮的延時，這就需要縮短“包長”。比如一個數據封包是10ms，一發(fā)一收就是要20ms。同時，還需要低延遲的音頻編解碼技術，比如采用最新的LC3和其增強版本LC3?Plus技術等。
對于炬芯來說，主要是從三個方面去解決：一是優(yōu)化硬件通路，降低ADC-DAC信號鏈路的延遲，直接封到SoC當中；二是優(yōu)化傳輸協(xié)議，縮短信號的包長，目前炬芯已經做到了1.25ms的包長；三是在支持LC3/LC3 Plus等低延遲的音頻編解碼技術的同時，炬芯也有自己私有編解碼技術，可以將延時做得更低。
周正宇坦言：“現在傳統(tǒng)的便攜式無線音頻市場競爭已經是非常的激烈，可以說是一片紅海。炬芯也不太愿意去毛利過低的市場去廝殺，所以憑借自身的技術優(yōu)勢，近幾年一直有持續(xù)在對于低時延要求更高的私有協(xié)議音頻設備市場進行開拓，并且取得了不錯的成績?！?/p>
據了解，目前炬芯在領夾式麥克風市場已經拿到了很大的市場份額，比如羅德、猛犸、大疆等市占率較高的品牌都是炬芯的客戶。
存算一體，發(fā)力AI音頻市場
隨著生成式AI技術的快速發(fā)展，以及終端設備性能的持續(xù)提升，AI計算也開始由云端進入終端側。相對于依賴于云的AI來說，邊緣側AI有著不依賴于網絡（離線也能工作）、反饋更實時（延時更低）、隱私安全（不需要將數據傳輸到云端）等方面的優(yōu)勢。雖然，云端的AI也有著模型更大，算力更強，更智能的優(yōu)勢。不過，現在也涌現出了很多符合邊緣側需求的更專業(yè)化的AI小模型。
炬芯認為，未來AI的發(fā)展趨勢將會走向混合AI架構，即在云端和邊緣端之間分配并協(xié)調AI工作負責。比如現在很多的AI PC、AI手機、AI眼鏡等也是基于這種混合AI架構。
由于炬芯過去一直專注于低功耗無線音頻市場，因此炬芯主要關注的是對于AI算力要求并不高的由電池供電的中小型模型端側AI市場。具體來說，主要覆蓋算力要求在0.01-3TOPS之間，存儲空間小于10MB，模型參數大小在0.01-10MB之間，功耗小于10mW的目標市場。
但是現有的端側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，難以適應新模型的涌現，也沒有升級的彈性。
對此，炬芯選擇了全新一代基于模數混合SRAM存內計算解決方案，由于無需再像傳統(tǒng)的馮諾依曼架構那樣，需要不停在CPU和外部DRAM/FLASH之間不停地搬運數據。根據英特爾的一份數據顯示，處理器的功耗，大約67%都是消耗在了數據搬運過程中，只有30%多是實際消耗在了計算上。
因此，SRAM存內計算解決方案可以實現在更低的功耗下發(fā)揮出更高的端側AI性能，即大幅提升端側AI的能效表現。據介紹，目前炬芯的SRAM存內計算方案已經能夠實現10TOPS/W的高能效表現，即在1TOPS是算力下，功耗僅100mW。未來炬芯希望繼續(xù)朝著100TOPS/W的能效表現邁進。此外，由于無需進行數據搬運，SRAM存內計算也可以帶來更低的延時表現。
周正宇坦言，雖然SARM成本更高，面積更大，但是技術卻是目前最為成熟的，性能表現也非常不錯。相比之下，雖然ReRAM、FRAM等技術很美好，但還都不夠成熟。
炬芯最新發(fā)布三款基于MMSCIM的端側AI音頻芯片：包括主要面向低延遲私有無線音頻領域的ATS323X系列；面向藍牙AI音頻領域的ATS286X系列；面向AI DSP領域的ATS362X。
三個系列芯片均基于22nm制程，采用了Arm CPU+ HiFi5 DSP?+ NPU（MMSCIM）三核異構的設計架構。炬芯的研發(fā)人員將MMSCIM和先進的HiFi5 DSP融合設計形成了炬芯科技“Actions Intelligence NPU（AI-NPU）”架構，并通過協(xié)同計算，形成一個既高彈性又高能效比的NPU架構。在這種AI-NPU架構中MMSCIM支持基礎性通用AI算子，提供低功耗大算力。同時，由于AI新模型新算子的不斷涌現，MMSCIM沒覆蓋的新興特殊算子則由HiFi5 DSP來予以補充。
據介紹，單個MMSCIM核心算力為100GOPS@500MHz，能效高達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，實際應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)同設計，NPU支持基礎性通用AI算子，DSP予以特殊算子的補充，形成一個既高彈性又高能效比的AI NPU融合架構，使得芯片在算力和能效方面實現顯著突破。
同時，芯片支持TensorFlow、Caffe、TFLite、PyTorch和ONNX等主流深度學習框架，并支持目前所有主流的AI模型，可為各類終端產品提供強大的算力支撐，便于品牌客戶進行個性化AI算法開發(fā)及AI應用的植入。
此外，炬芯還推出了自己的開發(fā)工具鏈，客戶只要按照標準的Tensorflow、 Tensorlight 這類模型來設計自己算法，然后導入炬芯的開發(fā)工具，它就能夠自動選擇最適合的DSP或者NPU來進行處理，不需要人為的去分配，極大了簡化了開發(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SoC芯片，同時也是炬芯科技第三代高音質低延遲無線收發(fā)音頻芯片，該芯片系列可廣泛應用于無線麥克風、無線電競耳機、無線話務耳機、多鏈接高清會議系統(tǒng)以及無線收發(fā)一體器等多種產品中，將為此類產品實現AI賦能，助力終端品牌產品邁進AI新時代。
據介紹，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品中落地應用，可以為用戶帶來特別的AI產品體驗。
根據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AI音頻芯片，雖然還是22nm制程，算力會提升到單核300GOPS，但是會加入對于Transformer模型的支持，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AI音頻芯片將升級至12nm制程，單核算力提升至1TOPS，同樣支持Transformer模型，AI能效將進一步提升至15.6TOPS/W@INT8。
小結：
從上面的介紹我們可以看到，炬芯目前業(yè)績的增長主要來源于三個方面：第一個是與國際一線品牌的合作；第二個是來自低延遲、高音質需求的私有協(xié)議音頻設備市場；第三是來自端側AI音頻設備。
“國際一線品牌突破、私有協(xié)議音頻市場的增長和端側AI音頻市場增長是驅動炬芯業(yè)績增長的三個主要動力。其中，端側AI音頻領域將是炬芯發(fā)力的重點。從去年開始，我們來自AI芯片的收入基本呈現每年一倍的增長速度，我相信2025年還將繼續(xù)保持較高的增長?！敝苷羁偨Y說道。
編輯：芯智訊-浪客劍
