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2020年7月27日 星期一

IPS385 - IMX385 DIY - Meteor Cam - Hisilicon 3516D


安天下

對岸中國普遍認為,這次封鎖危機在華為歷史上,應該不是最嚴重的,中國很多人認為,華為有實力能夠再次過關,鳳凰涅槃,一飛沖天。但可能有陣痛,可能有一陣子低迷,但華為早已有準備,有一定的自癒力。針對本次封鎖,從宏觀角度,各路大神已有各種文章,包括晶片格局及國際貿易,本文僅僅針對安控及晶片。

  
上圖為安控行業的發展史,在 2008 年以前,基本是日本及歐美企業主導「監控」市場,類比攝影機時代,核心器件是 CCD 感測器、ISP 片及光學鏡頭,攝影機的本質是「光學器件」,日本完全主導,之後編碼器/IP Cam/DVR/NVR 逐步由歐美及中國企業加入,形成多種形態多種格局並存的情況。

進入 IP Cam 時代之後,打破了類比攝影機時代,SONY 一家 CCD 獨霸的情形,CMOS 感測器多家開花。CMOS 屬於典型的可以進行大規模批量生產的半導體產業,規模效應明顯,需要較大的前期投入才能產出結果,這也導致了這一行業強者恆強。CMOS 感測器廠商的數十家中,根據 YOLE 的統計,2016  年行業前三的廠商索尼、三星、豪威的市場佔有率之和達到了72%,市場集中度高。索尼穩坐 CMOS 感測器市場頭把交椅。

  
對於 IP Cam,成像部分的 CMOS 除了國際巨頭,中國內有格科微、安森美、思特微等企業。 格科微在中國率先開創 CMOS 感測器產業,與中芯國際有合作。IP Cam的系統晶片(SoC),包括 CPU 主控,編碼晶片及 ISP (圖像信號處理)在早期相互獨立存在,後來逐漸集成一體。經過多年發展,海思成為攝影機核心 SoC 晶片的代名詞。

實際上,早期的 IP Cam/DVS/DVR 晶片基本被國外幾大廠商「壟斷」, 如 TI/NXP/安霸等。海思後來居上,華為消費者業務老大余承東講,海思晶片在局部領域,早已是主胎了,這其中包括手機,另外就指傳統監控前端產品(IP Cam/NVR/DVR),海思早已成氣候,目前已佔據 70% 市場。

  
如圖所示,安控影像設備中,所需要的處理器晶片,主要包括類比攝影機中的 ISP 晶片, IP Cam 中的 SoC 晶片、後端 DVR/NVR 中的 SoC 晶片,以及深度學習算法、加速器晶片四種類型。目前,高性能的深度學習算法加速器晶片,仍由國外晶片廠商提供,但其餘三類處理器晶片,對岸中國已實現了較大程度的自產化替代。

  
也就是說,海思已成主流。但海思的晶片之路並非一帆風順,而實際上頗有波折。早在 1996 年,華為在研發上考慮向交換機以外的領域擴張,組建團隊開發影像監控產品。

華為影像監控的第一代產品,主要用於通信機房監控,後來這塊業務與華為電氣的環境動力監控業務,整合在一起賣給了艾默生。2006 年華為重新進入該領域,主要結合營運商「全球眼」需要做監控軟體平台,不過,華為自己基本不做攝影機整機,如果需要,就到外面去找 OEM。

2004 年 10 月,華為成立了一個叫海思的子公司(小海思),從事外銷晶片業務。與此同時,服務系統的晶片和公共平台歸在 2012 實驗室,叫大海思。

2005年,海思定義了幾顆消費電子晶片的規格,其中包括影像編解碼晶片等。2005 年 11 月,海思第一次參加深圳安博會,為即將誕生的影像編解碼晶片預熱市場。2006 年 6 月,海思在TAIPEI COMPUTEX 展會推出了 H.264 影像編解碼晶片 Hi3510。

  
而在硬碟錄影機(DVR)市場上,中國廠商(如海康和大華)是以開拓者的身份,出現在中國和全球市場上,並異軍突起最終成為領導者。早在 2002 年,大華股份推出的業內首台自主研發 8 路音視訊同步嵌式 DVR,第一代 DVR 主流硬體方案,大部分是飛利浦半導體(後來獨立出來成為 NXP)的 SAA7113 + PNX13 系列。第二代 DVR 從 2005 年開始發展,典型特徵是:採用  MPEG-2/H.264 影像壓縮算法,具備 VGA/HDMI 高解晰度顯示介面。

同期的海康,一方面繼續沿用飛利浦半導體(NXP)的晶片,來做第二代硬碟錄影機,但發熱比較嚴重,所以同時也在用 TI 的晶片。海思的 H.264 影像編碼晶片,就在這個關鍵時候上市,當時華為在業內知名度不高,第一個客戶的獲得來之不易。

在大華開發第二代 DVR 時,支持 H.264 的晶片當時市場挺少。大華想在 DVR 上想守正出奇,做出新意來。於是海思死盯著安防老二的大華不放,並推動海思與大華在研發層面進行緊密的戰略合作。

好事多磨,2007年,大華和海思簽訂了 20 萬片 H.264 影像編碼晶片的合同(3510/3511),用於當時快速發展的第二代 DVR 上。大華股份的這份訂單,是海思成立後,第一個真正意義上的外銷晶片大合同,從這個角度講,大華和海思算是互相成就。

  
此後,海思從單獨的編解碼晶片出發,後來又做出了系統晶片(SoC)。2010 年開始大規模進入全球最大的安控攝影機廠商—— 海康。相比國外供應商 TI/NXP/安霸等,海思提供了比較完整的解決方案。後來中國廠商在中國和全球大賣 DVR,鼎盛時期海思也佔領了 79% 的 DVR 晶片市場佔有率。

之後安全監控從 DVR 向 IP Cam 切換,IP 聯網監控狂潮來臨,安控世界大變樣。支持 IP 的網路攝影機(IP Cam)迅速發展了起來。 在平安城市、數為城市、智慧城市、智慧城市建設的推動下,中國則已成為全球最大的安控市場。因為有悠久的音視訊編解碼技術和口碑,TI 和安霸在早期的網路攝影機(IP Cam)領域,當時的市場佔有率很高。

早期,海思的晶片用於便宜的 IP Cam,TI 的用於高端 IP Cam。同時,後端 NVR 的系統晶片市場是由海思、TI、Marvell 等幾家廠商分食。也就在這個巨變和快速發展時期,海思成了影像監控領域的「聯發科」。眾所周知,2006 年,聯發科(MTK)推出了 GSM 手機的 TURNKEY 解決方案。聯發科不僅提供晶片,還提供電路板整體方案。

SoC 就是系統級晶片或片上系統,通俗點說,就是將電路板上的多塊晶片以及嵌入式軟體,全部塞入一塊晶片中。這意味著,在單個晶片上,就能完成一個電子系統的功能。可想而知,SoC 在性能、成本、功耗、可靠性,以及生命週期與適用範圍各方面,都有明顯的優勢。

有了SoC之後,海思的整體解決方案,在成本控制等方面,獲得很大優勢,成為了中國領先的影像監控解決方案,就和聯發科一樣,快速地在高端及缺乏核心能力的廠商中普及。

海思的 SoC 解決方案,CPU 採用英國劍橋的 ARM 架構,嵌入式操作系統,採用的是裁剪過的 Linux 操作系統。圖像信號處理器 ISP 最早購買的是豪威(OmniVision)的 IP (知識產權)授權,後來自研成功。這樣用一顆海思的 SoC 晶片,加一些外圍的分立元器件,就可以做成一個 IP 攝影機的電路板。


自從海思推出了專門針對於高清成像和編碼產品開發的高端 SoC 系統芯片系列後,海思的產品越來越能滿足需求,且有很不錯的性價比。海思的 351xc系列 SoC 晶片接口豐富,內置了各種 ISP 算法模組,和音視訊編碼模組,開發平台功能強大,技術支持即時高效,便於快速實現產品開發和更代海思開放的軟體架構,也便於廠家嵌入自己的專有算法和軟體模組,體現產品優勢。安控廠家在產品中廣泛使用了海思的 3516C/3516A/3519等 SoC 晶片。」

IP Cam 時代的 SoC 晶片告一段落,之後迎來了「安控 + AI」時代,而包括海康大華之內的企業,又走了一遍 IP Cam 晶片之路。早期包括海康、大華都與英偉達、英特爾等 AI 晶片商保持緊密合作聯繫,意欲搶佔 AI 產品先機。海康的 AI 之路,或許非常有代表性。


據人人智慧(FaceOS)創始人王海增介紹,海康的一二三代 AI 攝影機之路頗多周折。

海康最初的一代 AI 攝影機,用的技術方案是英偉達平台,選擇了 NVIDIA  Jetson TK1 和 TK2 開發平台,開發了獵鷹、深眸系列,TK1 高達十幾瓦的功耗所帶來的散熱問題,一直沒有得到較好的解決,海康最終發現這條路沒辦法規模化量產。

海康第二代 AI 攝影機的技術路線,選擇了 INTEL 的低功耗視頻影像智慧晶片 Movidius,Movidius 的視覺處理器具備了低耗高能,只有2、3瓦,能夠主動不間斷地拍攝圖像並處理資訊,這能夠賦予聯網設備感知環境的能力。Movidius 後來 2016 年 9 月被 Intel 給收購了,由於 Movidius 靈活度差、開發難度太大等問題,二代 AI 攝影機仍然沒有規模化打開市場。

海康第三代 AI 攝影機晶片方案,選用了海思的方案,包括典型的 Hi3559A 晶片。當然,在 AI 晶片後端市場,依然是英偉達的天下。

海康在 AI 路上確實道路坎坷,沒辦法,老大就是要帶路摸石頭過河。海康第三代選擇海思,相信開始有自己的顧慮,畢竟華為安防同步在發力,競爭是遲早的,但是繞了一圈回來,或不得已而為之。但可能因禍得福,因為海康被干預也不是一次兩次了。


中國國產 AI 產品中,華為的 Hi3559 也將會逐步成為絕大多數安控廠商的 AI 晶片首選。即使不因為貿易封鎖的緣故,從技術與市場角度,海思的 AI 晶片也將如同其在 IP Cam 時代助力中國大大小小安控企業,快速落地 IP Cam 產品一樣,「HISILICON INSIDE」可能將成為 AI 產品主流選擇,沒有之一。

不同於海思在 IP Cam 一家獨大,在 AI 時代,很多廠家圍繞 AI 晶片的研發,也在緊鑼密鼓地進行著,目前已有針對安控行業開發的 AI 晶片,如深鑒科技的 DPU晶片(FPGA)、北京君正的 NPU 協處理器(ASIC)、寒武紀的 AI 伺服器芯片(ASIC等)。此外,中國以電腦視覺技術起家的公司,如依圖等也向下游晶片環節大力進擊。

「安控 + AI」目前的現狀是,落地場景複雜,細分領域繁多,業務差異明顯,除了有我們熟知的安控企業,及幾家獨角獸外,還有許多長尾應用(華為和商湯都意識到此)。

隨著通用算法不斷優化,普通晶片已經難以提供滿足他們需要的計算力。只有設計針對算法的強耦合的專用晶片,才能充分出晶片的潛力。所以華為有底氣說自己的算力驅動安控之後,將無人能及,依圖也因為是行業第一家涵蓋「算法+算力+數據+場景+應用」而受到官方關注和聚焦。

  
相比華為在晶片領域的天然優勢及新興 AI 企業發力晶片的犀利攻勢,安控領域的廠商目前進展甚微。

安防領域,之前美國多次干涉,當時行業有觀點認為海康晶片發力不夠(猶記得當時很多人討論海康是否應該做晶片時,部分 HK 人有意見,感覺被綁架)。AI 是大勢所趨,晶片和雲是將來的護城河,華為的海思,阿里的平頭哥,甚至比特大陸、依圖等新興 AI 公司都意識到並以發力,海康以自己的體量和實力,按理說「芯」態如今已經應該浮出水面有一定成效了,如今還是「猶抱琵琶半遮面」,富瀚微不成氣。未來海康靠華為供應晶片,會有「芯」病。

2017 年 10 月,海康 CEO 胡揚忠接受採訪時說:大家都覺得晶片是企業核心競爭力最重要的體現,但在我們眼裡並不是這樣。2009 年,我們就做了一個重要的決定,去做解決方案、做軟體,這樣可以更加靠近客戶。在我看來,提升硬體沒有做軟體系統的重要性高。不一定每家公司都要做自己的晶片,本身晶片市場就有競爭。

然而最近瞭解到,海康和大華都在積極建構自己的 AI 算法和設計自己的 AI 晶片,拭目以待。


波音 737MAX 連續墜機悲劇的根源,足以告訴我們,硬體有問題的時候,只想從軟體著手修正是多麼愚蠢。不管在什麼系統裡,硬體軟體的相容和諧,都相當重要。如果晶片不給力,優化 AI 算法,只是空談而已。 AI 企業在中國遍地開花,但 AI 晶片才是發動機,華為因為發動機信心滿滿,依圖這樣的 AI 獨角獸也打起了自建「發動機」的念頭。

拋開美國的封鎖問題,單從技術角度。目前安控市場已經從監控時代,智慧辨識時代到數據智慧時代,在數據智慧的角度,解決雲邊端的算力、算法、數據問題是真正的「大課題」。

在算法紅利的階段,大多廠商更多只是針對場景開發和優化算法,當算法進入「後 AI」階段,晶片將是算法升級提升的驅動力。未來的 AI 道路上,算法和晶片兩者將緊密結合,深度融合,只有精通算法的 AI 公司才能做出更好的 AI 晶片,才能將算力更高效地轉化為智慧,軟硬體一體化解決方案,將成為 AI 落地的正確方向。

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