電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）TWS耳機4.0時代，品牌廠商市場份額競爭進入關(guān)鍵階段，聲學(xué)器件及架構(gòu)的優(yōu)化，音質(zhì)效果的創(chuàng)新等被頻頻提及。由于更多功能的疊加，TWS耳機主控芯片的AI算力不斷提升，低功耗要求也越來越高，各方面的高要求也迫使品牌廠商不得不提升競爭優(yōu)勢。

2022年，TWS耳機廠商在一種新型計算架構(gòu)中找到突破口——存算一體。與傳統(tǒng)馮諾依曼架構(gòu)相比，基于存算一體架構(gòu)的存算一體芯片在功耗和計算效率等方面有著巨大的潛力。

但也不是所有的TWS耳機都需要用到存算一體芯片，“客戶在選擇時會考慮自己的產(chǎn)品定位，包括需不需要差異化的功能、性能升級等等，用存算一體芯片最明顯的優(yōu)勢是可以實現(xiàn)產(chǎn)品更多新的功能。”知存科技創(chuàng)始人兼CEO王紹迪在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時表示，“如果為了降低成本犧牲性能，客戶就不會去考慮存算一體芯片?！?br />
多位業(yè)內(nèi)人士表示，未來TWS耳機市場將呈現(xiàn)高性能產(chǎn)品和低價產(chǎn)品兩極分化。由此來看，存算一體芯片在現(xiàn)階段不會是“標(biāo)配”，而是品牌廠商實現(xiàn)差異化的另一張王牌。


TWS耳機性能、續(xù)航可兼得，存算一體芯片帶來性能提升新方案

存算一體是使用存儲器的本征能力完成計算功能，而不是簡單的把計算單元嵌入存儲器中。以新的存算一體運算架構(gòu)進行二維和三維矩陣乘法/加法運算。根據(jù)運算方式的不同，可以分為數(shù)字計算和模擬計算。其中又根據(jù)存儲器類型的不同有所差別，數(shù)字計算以SRAM等易失性存儲器為主，模擬計算一般采用Flash和RRAM等非易失性存儲器。

當(dāng)下，憶阻器、SRAM、FLASH等不同的技術(shù)方向都有國產(chǎn)企業(yè)布局。例如，阿里平頭哥是基于DRAM的3D鍵合堆疊；知存科技專注存內(nèi)計算芯片領(lǐng)域，基于Flash存儲器方向進行研究；蘋芯科技基于 SRAM做存內(nèi)計算加速器；閃億半導(dǎo)體是基于憶阻器PLRAM等等。

就在2022年年初，知存科技自主研發(fā)的存算一體SoC芯片WTM2101正式量產(chǎn)。官方介紹，這是國際上量產(chǎn)的首個存算一體SoC芯片，也是旗下第二款商用存內(nèi)計算產(chǎn)品，在今年3月份推向市場。但是整體來看，國內(nèi)存算一體行業(yè)還處于早期的發(fā)展階段，僅有局部小規(guī)模量產(chǎn)。

那么，在市場還未正式起量之前，存算一體芯片在可穿戴設(shè)備市場有哪些機會，又能給TWS耳機帶來哪些性能優(yōu)勢？

目前已有TWS耳機支持語音喚醒功能，例如漫步者在2020年推出的首款支持本地命令詞語音喚醒TWS耳機 Enjoy5，小米也曾推出支持本地語音控制的TWS耳機Air 2、Air 2 Pro等，其中Air 2 Pro的智能語音功能需要配合小愛同學(xué)進行使用；另外還有紫優(yōu)科技推出的Eoy云耳機等等，越來越多的增加云端的語音控制的功能。

王紹迪向電子發(fā)燒友網(wǎng)表示，其實存算一體芯片解決的主要算力需求還不是針對語音喚醒功能的，語音喚醒的算力一般都是在10Mops或者20Mops左右級別，這種相對較低的算力情況下，主芯片、DSP芯片都可以跑到。而知存科技的WTM2101芯片一般都針對千兆ops以上的算力，例如TWS耳機、對講機、助聽器等需要用到人聲增強、降噪、抗嘯叫算法時產(chǎn)生的算力，而DSP核在算力和功耗上都無法滿足要求。由此來看，針對高算力的應(yīng)用場景才能發(fā)揮存算一體芯片最大的優(yōu)勢。

除了功能疊加，還有性能的突破。值得關(guān)注的是，蘋果和華為兩大廠商在今年下半年推出的產(chǎn)品都在音質(zhì)上實現(xiàn)較大的升級。今年9月，蘋果發(fā)布全新一代AirPods Pro，搭載H2芯片，算力暴漲，可以應(yīng)對各種突發(fā)噪聲做到自適應(yīng)降噪，降噪性能是上代兩倍，并且支持無損48kHz音頻。同樣，華為今年7月推出的FreeBuds Pro 2，采用了基于AI技術(shù)的音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，加上華為自研L2HC 音頻編碼技術(shù)，實現(xiàn)了FreeBuds Pro 2音質(zhì)的全方位體驗升級。

隨著AI等大數(shù)據(jù)應(yīng)用的興起，各種功能、性能的疊加大大增加了TWS耳機的功耗，如何在提升性能的同時還能保證續(xù)航，一直是品牌廠商所關(guān)注的方向。

存算一體芯片的出現(xiàn)恰好給出了答案。據(jù)了解，存內(nèi)計算技術(shù)原理基于歐姆定律，矩陣乘法效率提高50-100倍。“存算一體最大的優(yōu)勢就是矩陣乘法運算，并且是適合AI計算的，所以對于穿戴來說，存算一體提供了能在低功耗下運行很大算力的AI算法。像這種算力，一般常規(guī)芯片的功耗都是在50mA到100mA之間，但是存算一體可以把功耗降低到1mA?！蓖踅B迪提到，這也是使用存算一體芯片的可穿戴設(shè)備可以提供大算力的主要原因。

存算一體主要的功能點還在于低延時，可以在實時通訊設(shè)備里邊做聲音增強、通話降噪、聲音美化、人聲增強等，這些都可以通過AI算法完成，但是實時的聲音處理需要很高的算力，語音喚醒只是其中的附加功能，占比相對較小。此外，存算一體還可以在可穿戴和醫(yī)療設(shè)備中完成實時的健康信號監(jiān)測、運動姿態(tài)識別、手勢識別、心腦血管和呼吸類疾病有關(guān)早篩。


不止于可穿戴領(lǐng)域，存算一體在高算力場景深藏潛力

在技術(shù)創(chuàng)新以及市場需求的雙雙驅(qū)動下，存算一體芯片逐漸找到落地市場。從現(xiàn)階段來看，TWS耳機、健康類智能手表、智能頭戴、醫(yī)療設(shè)備以及其他小型電子產(chǎn)品會率先成為落地市場，例如知存科技的WTM2101就是針對可穿戴設(shè)備市場以及其他低功耗的智能終端，其中大部分都是針對電池驅(qū)動的設(shè)備。

對此，王紹迪認(rèn)為存算一體作為新技術(shù)，其發(fā)展過程類似于存儲器。他舉了一個例子：例如20多年前的存儲器，尤其是閃存市場，最早就是從MP3等消費電子開始做起的，現(xiàn)在已經(jīng)做到企業(yè)級服務(wù)器。存算一體芯片的市場發(fā)展階段也會有所類似。在技術(shù)的發(fā)展過程中，閃存從MB級到TB級，容量的提升基本是在百萬倍左右。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，存算一體芯片容量也會從MB級到GB級以上，算力提升的空間也是超過萬倍的級別。

知存科技的發(fā)展歷程也映射出存算一體技術(shù)的不斷突破。知存科技成立于2017年，王紹迪回憶，公司成立了5年，但是距離做第一次存算一體投片至今已有10年。經(jīng)過不斷地打磨、嘗試，知存科技在2019年推出一個試驗型產(chǎn)品，算力只有現(xiàn)在芯片的五分之一。而現(xiàn)在的WTM2101的AI算力可以達(dá)到50Gops，功耗為5uA-3mA，可使用sub-mW級功耗完成大規(guī)模深度學(xué)習(xí)運算，“它比我們上一代芯片的算力提高了5倍，功耗卻更低了。下一代芯片應(yīng)該還有數(shù)百倍的算力提升?！敝档靡惶岬氖牵壳耙延谢赪TM2101芯片的相關(guān)產(chǎn)品實現(xiàn)量產(chǎn)，預(yù)計芯片年銷量可達(dá)百萬。

“在推出產(chǎn)品之前，我們做了很多次流片迭代，把可靠性和量產(chǎn)性調(diào)整到產(chǎn)品級之后才開始量產(chǎn)。我們量產(chǎn)后也在持續(xù)不斷進行技術(shù)研發(fā)，不斷迭代存算一體芯片?！蓖踅B迪表示。談及未來的產(chǎn)品規(guī)劃，他提到，預(yù)計明年、后年在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域還會推出兩款產(chǎn)品，和現(xiàn)在的WTM2101形成優(yōu)勢互補。

隨著芯片算力、性能的提升，存算一體芯片將不只是應(yīng)用在可穿戴領(lǐng)域，而是會應(yīng)用在其他性能需求更高，甚至比智能手機上的NPU算力還要高出很多倍的消費電子中。隨著產(chǎn)品越來越成熟，相應(yīng)的市場也會越來越大。

對于存算一體芯片未來的應(yīng)用領(lǐng)域，王紹迪認(rèn)為整個存算一體市場還有5到7年的發(fā)展成熟期，未來3到5年，端側(cè)、邊緣側(cè)是主要的應(yīng)用場景，包括穿戴設(shè)備、VR/AR、機器人、自動駕駛等應(yīng)用領(lǐng)域；但是在5年之后，存算一體的主要推動點就是技術(shù)成熟度，另外一個是生態(tài)，還有工具鏈和開發(fā)框架都可以做的相對成熟，這種就可以進入到更通用的計算場景當(dāng)中。此外，在通信技術(shù)領(lǐng)域利用存算一體也可以幫助很多場景實現(xiàn)成本、功耗大幅度降低。