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海思从单独的编解码芯片出发

发布时间:2019-06-04 00:42
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  普遍认为,这次封锁危机在华为历史上应该不是最严重的,华为有实力能够再次过关,凤凰涅槃,一飞冲天。但可能有阵痛,可能有一阵子低迷,但华为早已有准备,有一定的自愈力。针对本次封锁,从宏观角度,各路大神已有各种文章,包括芯片格局及国际贸易,本文仅仅针对安防及芯片。

  上图为安防行业的发展史,在2008年以前,基本是日本及欧美企业主导“监控”市场,模拟摄像机时代,核心器件是CCD传感器、ISP芯片及光学镜头,摄像机的本质是“光学器件”,日本完全主导,之后编码器/IPC/DVR/NVR逐步由欧美及中国企业加入,形成多种形态多种格局并存的情况。

  进入IPC时代之后,打破了模拟摄像机时代SONY一家CCD独霸的情形,CMOS 传感器多家开花。CMOS属于典型的可以进行大规模批量生产的半导体产业,规模效应明显,需要较大的前期投入才能产出结果,这也导致了这一行业强者恒强。CMOS 传感器厂商的数十家中,根据YOLE 的统计,2016 年行业前三的厂商索尼、三星、豪威的市场占有率之和达到了72%,市场集中度高。索尼稳坐CMOS 传感器市场头把交椅。

  对于IPC,成像部分的CMOS除了国际巨头,国内有格科微、安森美、思特微等企业。 格科微在中国率先开创CMOS传感器产业,与中芯国际有合作。IPC的系统芯片(SoC),包括CPU主控,编码芯片及ISP(图像信号处理)在早期相互独立存在,后来逐渐集成一体。经过多年发展,海思成为摄像机核心SoC芯片的代名词。

  实际上,早期的IPC/DVS/DVR芯片基本被国外几大厂商“垄断”, 如TI/NXP/安霸等。海思后来居上,华为消费者业务老大余承东讲,海思芯片在局部领域,早已是主胎了,这其中包括手机,另外就指传统监控前端产品(IPC/NVR/DVR),海思早已成气候,目前已占据70%市场。

  如图所示,安防视频设备中所需要的处理器芯片主要包括模拟摄像机中的ISP芯片,IPC中的SoC芯片、后端DVR/NVR中的SoC芯片以及深度学习算法、加速器芯片四种类型。目前,高性能的深度学习算法加速器芯片仍由国外芯片厂商提供,但其余三类处理器芯片已实现了较大程度的国产化替代。

  也就是说,海思已成主流。但海思的芯片之路并非一帆风顺,而实际上颇有波折。早在1996年,华为在研发上考虑向交换机以外的领域扩张,组建团队开发视频监控产品。华为视频监控的第一代产品主要用于通信机房监控,后来这块业务与华为电气的环境动力监控业务整合在一起卖给了艾默生。2006年华为重新进入该领域,主要结合运营商“全球眼”需要做监控软件平台,不过,华为自己基本不做摄像机整机,如果需要,就到外面去找OEM。

  2004年10月,华为成立了一个叫海思的子公司(小海思),从事外销芯片业务。与此同时,服务系统的芯片和公共平台归在2012实验室,叫大海思。2005年,海思定义了几颗消费电子芯片的规格,其中包括视频编解码芯片等。2005年11月,海思第一次参加安博会(全球规模最大的安防专业展览会),为即将诞生的视频编解码芯片预热市场。2006年6月,海思在TAIPEI COMPUTEX展会推出了H.264视频编解码芯片Hi3510。

  而在硬盘录像机(DVR)市场上,中国厂商(如海康和大华)是以开拓者的身份出现在中国和全球市场上,并异军突起最终成为领导者。早在2002年,大华股份推出的业内首台自主研发8路音视频同步嵌式DVR,一代DVR主流硬件方案大部分是飞利浦半导体(后来独立出来成为NXP)的SAA7113+PNX13系列。第二代DVR从2005年开始发展,典型特征是:采用 MPEG-2/H.264视频压缩算法,具备VGA/HDMI高分辨率显示接口。

  同期的海康一方面继续沿用飞利浦半导体(NXP)的芯片来做第二代硬盘录像机,但发热比较严重,所以同时也在用TI的芯片。海思的H.264视频编码芯片就在这个关键时候上市,当时华为在业内知名度不高,第一个客户的获得来之不易。

  在大华开发第二代DVR时,支持H.264的芯片当时市场挺少。大华想在DVR上想守正出奇,做出新意来。于是海思死盯着安防老二的大华不放,并推动海思与大华在研发层面进行紧密的战略合作。好事多磨,2007年,大华和海思签订了20万片H.264视频编码芯片的合同(3510/3511),用于当时快速发展的第二代DVR上。大华股份的这份订单,是海思成立后,第一个真正意义上的外销芯片大合同,从这个角度讲,大华和海思算是互相成就。

  此后,海思从单独的编解码芯片出发,后来又做出了系统芯片(SoC)。2010年开始大规模进入全球最大的安防摄像头厂商——海康。相比国外供应商TI/NXP/安霸等,海思提供了比较完整的解决方案。后来中国厂商在中国和全球大卖DVR,鼎盛时期海思也占领了79%的DVR芯片市场份额。

  之后安防监控从DVR向IPC切换,IP 联网监控狂潮来临,安防世界大变样。支持IP的网络摄像机(IPC)迅速发展了起来。 在平安城市、数字城市、智能城市、智慧城市建设的推动下,中国则已成为全球最大的安防市场。因为有悠久的音视频编解码技术和口碑,TI和安霸在早期的网络摄像机(IPC)领域当时的市场份额很高。

  早期,海思的芯片用于便宜的IPC,TI的用于高端IPC。同时,后端NVR的系统芯片市场是由海思、TI、Marvell等几家厂商分食。也就在这个巨变和快速发展时期,海思成了视频监控领域的“联发科”。众所周知,2006年,联发科(MTK)推出了GSM手机的TURNKEY(交钥匙)解决方案。联发科不仅提供芯片,还提供电路板整体方案。

  SoC就是系统级芯片或片上系统,通俗点说,就是将电路板上的多块芯片以及嵌入式软件,全部塞入一块芯片中。这意味着,在单个芯片上,就能完成一个电子系统的功能。可想而知,SoC在性能、成本、功耗、可靠性,以及生命周期与适用范围各方面都有明显的优势。有了SoC之后,海思的整体解决方案在成本控制等方面获得很大优势,成为了国内领先的视频监控解决方案,就和联发科一样,快速地在高端及缺乏核心能力的厂商中普及。

  海思的SoC解决方案,CPU采用英国剑桥的ARM架构,嵌入式操作系统,采用的是裁剪过的Linux操作系统。图像信号处理器ISP最早购买的是豪威(OmniVision)的IP(知识产权)授权,后来自研成功。这样用一颗海思的SoC芯片,加一些外围的分立元器件,就可以做成一个IP摄像机的电路板。

  自从海思推出了专门针对于高清成像和编码产品开发的高端SoC系统芯片系列后,海思的产品越来越能满足需求,且有很不错的性价比。海思的351x系列SoC芯片接口丰富,内置了各种ISP算法模块和音视频编码模块,开发平台功能强大,技术支持及时高效,便于快速实现产品开发和迭代;海思开放的软件架构也便于厂家嵌入自己的专有算法和软件模块,体现产品优势。安防厂家在产品中广泛使用了海思的3516C/3516A/3519等SoC芯片。”

  IPC时代的SoC芯片告一段落,之后迎来了“安防+AI”时代,而包括海康大华之内的企业又走了一遍IPC芯片之路。早期包括海康、大华都与英伟达、英特尔等AI芯片商保持紧密合作联系,意欲抢占AI产品先机。海康的AI之路,或许非常有代表性。

  据人人智能(FaceOS)创始人王海增介绍,海康的一二三代AI摄像机之路颇多周折。

  海康最初的一代AI摄像机用的技术方案是英伟达平台,选择了NVIDIA? Jetson TK1和TK2开发平台,开发了猎鹰、深眸系列,TK1高达十几瓦的功耗所带来的散热问题一直没有得到较好的解决,海康最终发现这条路没办法规模化量产。

  海康第二代AI摄像机的技术路线,选择了INTEL的低功耗视频智能芯片Movidius,Movidius的视觉处理器具备了低耗高能,只有2,3瓦,能够主动不间断地拍摄图像并处理信息,这能够赋予联网设备感知环境的能力。Movidius后来2016年9月被Intel给收购了,由于Movidius灵活度差、开发难度太大等问题,二代AI摄像机仍然没有规模化打开市场。

  海康第三代AI摄像机芯片方案,选用了海思的方案,包括典型的Hi3559A芯片。当然,在AI芯片后端市场,依然是英伟达的天下。

  海康在AI路上确实道路坎坷,没办法,老大就是要带路摸石头过河。海康第三代选择海思,相信开始有自己的顾虑,毕竟华为安防同步在发力,竞争是迟早的,但是绕了一圈回来,或不得已而为之。但可能因祸得福,因为海康被干预也不是一次两次了。

  国产AI产品中,华为的Hi3559也将会逐步成为绝大多数安防厂商的AI芯片首选。即使不因为贸易封锁的缘故,从技术与市场角度,海思的AI芯片也将如同其在IPC时代助力中国大大小小安防企业快速落地IPC产品一样,“HISILICON INSIDE”可能将成为AI产品主流选择,没有之一。

  不同于海思在IPC一家独大,在AI时代,很多厂家围绕AI芯片的研发也在紧锣密鼓地进行着,目前已有针对安防行业开发的AI芯片,如深鉴科技的DPU芯片(FPGA)、北京君正的NPU协处理器(ASIC)、寒武纪的AI服务器芯片(ASIC等)。此外,国内以计算机视觉技术起家的公司,如依图等也向下游芯片环节大力进击。

  “安防+AI”目前的现状是,落地场景复杂,细分领域繁多,业务差异明显,除了有我们熟知的安防企业及几家独角兽外,还有许多长尾应用(华为和商汤都意识到此)。随着通用算法不断优化,普通芯片已经难以提供满足他们需要的计算力。只有设计针对算法的强耦合的专用芯片,才能充分出芯片的潜力。所以华为有底气说自己的算力驱动安防之后将无人能及,依图也因为是行业第一家涵盖“算法+算力+数据+场景+应用”而受到官方关注和聚焦。

  

  相比华为在芯片领域的天然优势及新兴AI企业发力芯片的犀利攻势,安防领域的厂商目前进展甚微。

  安防领域,之前美国多次干涉,当时行业有观点认为海康芯片发力不够(犹记得当时很多人讨论海康是否应该做芯片时,部分HK人有意见,感觉被绑架)。AI是大势所趋,芯片和云是将来的护城河,华为的海思,阿里的平头哥,甚至比特大陆、依图等新兴AI公司都意识到并以发力,海康以自己的体量和实力,按理说“芯”态如今已经应该浮出水面有一定成效了,如今还是“犹抱琵琶半遮面”,富瀚微不成气。未来海康靠华为供应芯片,会有“芯”病。

  2017年10月,海康CEO胡扬忠接受采访时说:大家都觉得芯片是企业核心竞争力最重要的体现,但在我们眼里并不是这样。2009年,我们就做了一个重要的决定,去做解决方案、做软件,这样可以更加靠近客户。在我看来,提升硬件没有做软件系统的重要性高。不一定每家公司都要做自己的芯片,本身芯片市场就有竞争。

  然而最近了解到,海康和大华都在积极构建自己的AI算法和设计自己的AI芯片,拭目以待。

  波音737MAX连续坠机悲剧的根源,足以告诉我们,硬件有问题的时候,只想从软件着手修正是多么愚蠢。不管在什么系统里,硬件软件的兼容和谐,都至关重要。如果芯片不给力,优化AI算法,只是空谈而已。 AI企业在中国遍地开花,但AI芯片才是发动机,华为因为发动机信心满满,依图这样的AI独角兽也打起了自建“发动机”的念头。

  抛开美国的封锁问题,单从技术角度。目前安防市场已经从监控时代,智能识别时代到数据智能时代,在数据智能的角度,解决云边端的算力、算法、数据问题是真正的“大课题”。在算法红利的阶段,大多厂商更多只是针对场景开发和优化算法,当算法进入“后AI”阶段,芯片将是算法升级提升的驱动力。未来的AI道路上,算法和芯片两者将紧密结合,深度融合,只有精通算法的AI公司才能做出更好的AI芯片,才能将算力更高效地转化为智能,软硬件一体化解决方案将成为AI落地的正确方向。

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