谷歌進軍手機晶元，打什麼算盤？

現在智能手機的亮點越來越少，八核，FHD+的全面屏，AMOLED，大容量內存，大家千篇一律。最大的亮點和變數都在拍照里了。

最強拍照手機之爭

上周發布的兩款手機被關注最多的焦點就在拍照上了。首先是Google最新親兒子Google Pixel 2在DxOMark手機相機評分榜上碾壓iPhone 8和Galaxy Note 8，拿下史上總分最高分：98。緊接著華為Mate 10 Pro則在這個榜單上拿下了總分97分 第二好的成績。

而在拍照（Photo）方面，華為Mate 10 Pro 超過了Pixel 2的99分，以100分的成績傲視群雄。

從上圖可以看出儘管Mate 10 Pro使用了更大的光圈f/1.6，但由於單Camera的像素沒有Pixel 2大，所以在曝光和對比度上差於Pixel 2。而Dual PD的快速對焦比PDAF快，使得Pixel 2在Autofocus上略佔上風。只是Mate 10 Pro在去噪，變焦，和景深上下足功夫，最終在拍照的總分上超過了Pixel 2。

黑科技：Dual PD

說到上表中的Bokeh（虛化），Google Pixel 2 還用單攝像頭實現了雙攝才有的背景虛化功能。這是如何實現的呢？其實Google Pixel 2 的後置攝像頭用的類似VIVO X20的前置攝像頭，都採用的是Dual PD技術。

普通的Camera sensor每個像素點都是一個RGBG 的Bayer Pattern，而Dual PD 的每個像素點則是在Bayer Pattern的技術上，將每個像素點一分為二（如下圖）

使用Dual PD的好處就是，一方面Pixel 較大。一般的12M camera pixel 都為1.12um，最多1.25um，而為了做Dual PD 通常的做法是採用1.4um pixel，當然現在也有了1.28um pixel 的Dual PD sensor。使用大pixel 的好處就是在暗光下相關會更加的好。而另一方面，由於dual PD 每個像素點都跟雙Camera一樣，分左右圖，很容易實現depth map（深度信息），從而實現雙Camera的虛化效果。

不過一般雙Camera的兩個Sensor之間的baseline（間距）都是在10mm左右，Dual PD的間距非常的近，只能對距離在70cm以內的物體產生較為準確的深度信息。Pixel 2 採用了Samsung 1.28um pixel S5K2L9，所以在虛化效果上，會有一定的缺陷。從DXO Mark官網提供的對比照片來看，雖然Pixel 2做到了虛化效果，但此美女背後的柱子出現了明顯的虛化不一致，景深距離判斷錯誤的問題。

其實最早採用Dual PD的是Samsung的Galaxy S7。而S7 僅是利用了Dual PD 大像素暗光效果好的功能，以及由於可以測距，從而實現比PDAF更快的快速對焦。並沒有利用測距去實現景深效果。

而VIVO的X20 也是利用此技術，在人臉解鎖時，通過Dual PD技術，計算人臉的3D信息，從而避免通過照片欺騙相機解鎖的問題。

真正的黑科技：PIxel Visual Core

除了能帶來更好的拍照體驗外，真正讓人們眼前一亮的是，Google Pixel 2 手機里居然內置了Google 自行研發PIxel Visual Core，是一顆尚未激活的圖像處理和機器學習協處理器。

如上圖所示，PIxel Visual Core的核心是一個八核的IPU（Image Processing Unit 圖像處理單元），而每個IPU 都有512算術邏輯單元（ALU）。除了通過用Halide來進行圖像處理，用TensorFlow處理機器學習，Google還做了一個編譯器，來優化硬體代碼，Google使得IPU的功能一場的強大。

不過，Pixel Visual Core現在依然在休眠，要等到Android 8.1推送之後，這款處理器就能用了。之後，Google會第三方開發者開放Pixel Visual Core，開發者也可以通過Android Camera API，讓自己的App用上Pixel 2的HDR+（High-Dynamic Range,高動態範圍圖像）技術。

HDR+技術

當然，Google 剛開始只是開放的是HDR+ 技術。而HDR+技術其實很早以前就有了。使用此技術主要是解決在高亮度差的情況下，對高亮場景不過曝，低亮場景可以清楚顯示的問題。最簡單的解釋就是解決黑人和白人合影的問題。

一般實現HDR有幾種實現方式：

1. 普通的HDR，即一幀長曝光，一幀短曝光。長曝光可以讓低亮度的圖像更加清晰，而短曝光可以避免高亮度的地方過曝。但缺點是因為用了兩幀圖像合成，若兩幀的圖像有差異，容易產生鬼影（拖影）。此HDR犧牲幀率，所以不適應用於錄像，主要適合拍照。

2. iHDR，即同一幀里不同行，一行長曝光，一行短曝光。好處是可以避免兩幀合成產生的鬼影，缺點是會犧牲解析度。iHDR需要Camera Sensor支持。由於犧牲了解析度，而錄像的解析度一般遠低於拍照，所以此技術主要用於錄像。

3. zzHDR，即在同一幀里，長曝光和短曝光的像素點交錯出現，像一個z字，所以又叫zzHDR。此技術也需要Camera sensor的支持。目前還沒有看到使用的手機。

Google 的 IPU 到底使用哪個技術還不得而知。不過通過提高長短曝光的時間，以及合成的速度，也會讓用戶體驗到更好的HDR效果。Google獨立的IPU可以在這塊上做很多優化工作。

為什麼要採用 PIxel Visual Core？

一般的手機平台，如高通，聯發科，展訊，甚至Apple都是在主晶元SoC里集成了圖像處理晶元。但這兩年我們也看到了很多外置晶元的手機，比如早些年的海思平台，這兩年的Samsung Galaxy S系列（S8採用的自己的ISP C3），華碩，VIVO採用了瑞芯微的Pre ISP。通過外置的圖像處理晶元，

可以使手機在圖像處理上與其他手機產生差異化。比如華碩，VIVO 在暗光下的處理，Google則利用IPU 實現了HDR+。

當然HDR+只是Google先實現的功能，Google今年發布的ARCore就是為了跟Apple的ARkit相抗衡。AR一方面需要強大的CPU，另外一方面則需要更好的圖像處理能力，才能使虛擬物體更好的與現實結合在一起。

由於Google沒有自己的主控晶元SoC，無法掌控手機主晶元SoC上的圖像處理，通過自己研發圖像處理單元，則可以避免不同CPU之間的差異化，和性能不足的問題。另外由於圖像處理晶元自己研發，則可以更好的跟自己的演算法配合，甚至可以避免一些技術外泄的風險。

使用PIxel Visual Core的風險在哪？

Google做此晶元不知道是否會賣給做Android品牌手機客戶，但即便不賣，也可以用在自家Pixel 系列的手機上。所以從晶元銷量來講，沒有太多風險。而從晶元架構來看，將圖像處理晶元獨立出來，需要獨立的DRAM，所以Pixel Visual Core也繼承了一個LPDDR4。從去年到現在，甚至到明年，DRAM的供貨都是供小於求的，若起量，是否能拿到足夠的DRAM供貨，也是Google需要考慮的問題。好在Google的大客戶Samsung自己就能生產DRAM，相信Google在這塊也會有足夠的話語權的。

Google的野心

Google 的 Pixel 2的推出，帶給大家眼前一亮的感覺。無論是單攝實現虛化，還是HDR+的功能，都讓人看出Google在拍照方面的良苦用心。雖然用Dual PD的Sensor做景深，距離有所限制，但Dual PD去拍照，暗光效果，對焦速度還是很不錯的。此舉會帶到各手機品牌廠商在拍照功能上的微創新。對Camera sensor廠商，獨立的ISP公司，拍照相關演算法公司來講，都是利好消息，讓各家都會關注這些公司。

而對於Google來講，除了這次的 Pixel Visual Core，Google 早已推出了專門用於 TensorFlow 深度學習應用的處理器 TPU。據了解，Google 早在 2013 年就開始秘密研發 TPU，並在 2015 年上半年用於自己的數據中心。

當時 Google 的基礎設施副總裁 Urs Holze 表示，使用 TPU 代表了 Google 為其人工智慧服務設計專用硬體邁出的第一步，未來 Google 將設計更多系統層面上的硬體。如今來看，Pixel Visual Core 的出現算是印證了這一說法。

從這兩年Google的收購來看，Google 從收購Android開始，先後收購Youtube，DeepMind，Motorola，hTC等公司，都可以看出Google希望在智能終端上的發力。

操作系統方面，Android的競爭對手僅剩下Apple的iOS。Apple 推出ARkit，Google自然不會落後的推出ARCore。而在於Apple的競爭中，Google也發現了自己對品牌手機廠商的掌控力度不足，對手機硬體平台掌控力的不足，這些都會影響Google與Apple的競爭。Android平台的手機一直不如Apple手機高端，使得Google只能一直免費的釋放Android操作系統，並不能很直接的向客戶收費。

為了對抗Apple，Pixel Visual Core只是Google的第一步，只是Google為了使Android手機有更多的差異化，新穎的功能。據說Google自己的主晶元SoC 將會在2020年出來。到那個時候才會是Google真正與Apple較量的時候。不過到那個時候，國內的品牌手機廠商會有什麼樣的牌與Google對抗，才是國內品牌手機廠商需要思考的問題。

作者簡介

7 Tens，某知名手機產業鏈公司供職，手機行業近20年的老司機，善於鑽研新技術發展趨勢，並進行市場分析對手機相關領域都有自己獨到的見解和認知。

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1436期內容，歡迎關注。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 半導體行業觀察 的精彩文章: