从分散IP到系统级优化：芯原紧耦合架构重塑可穿戴设备设计路径
芯原股份解决方案架构工程师刘律宏
“为了更好地解决AR/AI眼镜面临的难题，其设计思路也经历了从分散IP到系统级优化的路径。”他还指出，当前所有的技术点都集中于“如何突破可穿戴设备的能效边界”上来，芯原的紧耦合架构解决方案为AR/AI眼镜进行在功能、续航、重量上提供了一些思路。
给AR/AI眼镜行业带来的新思路
在AR眼镜的开发中，重量和续航是两个关键因素。典型AR眼镜的重量分布如下：双目波导方案约10克，传感器（用于简单手术识别和陀螺仪功能）约3-5克，500-800mAh电池约8-12克，而普通树脂眼镜框仅重10-30克。这表明，尽管技术组件增加了重量，但整体仍可保持在相对轻便的范围内。
在续航方面，不同应用场景对电池容量的需求差异显著。刘律宏以3个不同应用场景的AI眼镜的续航为例，其中产品1配备500mAh电池，支持8小时连续视频播放或影视投屏；产品2配备440mAh电池，在轻量级导航和即时消息通知等场景下续航4-6小时；产品3配备1200mAh以上电池，在3D解剖教学和手术模拟等复杂场景下续航4.5小时。
他指出，随着应用的复杂性越来越高，AI眼镜的续航大幅下降。通过观察市面上47款消费类AR眼镜，其中大部分重量集中在30-80克，电池容量多在450mAh以下。在这些眼镜中，明显看到了“随着应用复杂性的增加，续航时间显著下降”的趋势。
为了推动AR眼镜的更广泛应用，重量控制至关重要。在多媒体子系统开发中，需要在功能丰富性、强大算力与轻量化、低功耗、高效数据传输和低带宽需求之间取得平衡。这要求在功能丰富性和续航能力之间找到最佳平衡点，同时确保佩戴舒适性，以满足消费者需求并拓展应用场景。
在此背景下，芯原凭借在可穿戴设备市场的多年经验及深入研究，推出了专为该领域设计的IP系列。这些IP系列具备低功耗和小面积的优势，包含GPU、NPU、ISP、Dewarp、Video等产品，可实现物体识别、手势识别、视觉感知、语音识别、图像渲染和显示等功能，全面覆盖从AR眼镜到智能手表等不同可穿戴设备的应用需求。
刘律宏介绍说，芯原的可穿戴设备IP系列涵盖5个细分系列，包括轻量级的Pico、Nano和Nano+等，能够广泛适配多种可穿戴产品，助力其实现落地应用。每个IP均提供丰富的可配置选项，即便针对同一产品，也能依据对市场的不同理解及产品定位的差异，实现独特的产品差异化。
芯原在系统层面进行了深度开发，专注于可穿戴设备的长期使用需求。通过研究外存类型及特性，以及不同应用场景对PPI（每英寸像素）的敏感度，优化了可穿戴IP的整合方式，使其在产品落地时实现“1+1>2”的协同效应。
其中，FLEXA IP互联技术采用点对点互联方式，避免了传统方案中通过外存进行数据传输的高带宽占用问题。这种方式显著提升了系统效率，减少了对外存的依赖，从而优化了整体性能和功耗表现。
此外，芯原开发了DECNano有损数据压缩技术，采用自有的压缩算法，实现2-4倍的有效压缩率。经过多轮技术迭代，在保持高压缩率的同时，持续提升压缩后图像的主观质量，实现高效压缩与图像品质的兼顾。运用该技术可显著降低系统带宽消耗及外部存储空间需求。
整体来看，芯原的可穿戴方案不仅涵盖硬件层面，还通过三个层面提供全方位支持，确保生态和软件的全面适配：
- 第一是IP层面，提供灵活可配置的IP系列，客户可根据产品需求选择最适合的IP组合，确保方案的灵活性和适配性；
- 第二是系统层面，通过FLEXA技术和压缩技术，高效连接可穿戴IP系列，优化系统性能，提升数据传输效率，减少带宽和存储占用；
- 第三是软件层面，针对可穿戴设备的特点，开发了精简的Lite版IP软件，该软件具有极小的代码量、极低的外存占用和CPU负载，支持RTOS、Linux和Android等多种操作系统，满足不同场景的需求。
芯原通过这三层方案，为客户提供从硬件到系统的全方位支持，助力可穿戴设备的快速落地和多样化应用。
芯原可穿戴方案在客户项目中的落地
“我们可穿戴方案在客户项目中的目标芯片功能复杂，包含ISP、DSP、VDEC、VENC、DPU、SRAM、GPU等模块。”刘律宏补充说，然而该芯片面临外存带宽和存储空间的严格限制，且配备的PSRAM控制器较为简单。这导致多处理型IP对数据占用的精准控制难以实现，增加了系统设计的挑战。
针对客户原始设计方案存在带宽超出预算50%、性能差距接近50%的问题。它们在采用芯原可穿戴方案后，通过IP层面优化，使用芯原的可穿戴IP系列，其产品的整体面积节省了20%，功耗降低了30%，显著提升了系统效率和性能表现。
客户基于芯原的可穿戴方案，深入分析了产品芯片的应用场景，对子系统进行了重新分配，并在数据路径（Datapath）上进行了优化，应用了FLEXA IP互联技术。通过这些改进，两个子系统几乎实现了全DDR-Less方案，大幅减少了对外存的访问比例，显著提升了系统效率和性能表现。
通过采用芯原的可穿戴方案，客户在系统性能、功耗和资源优化方面取得了显著提升。整体性能比原方案提升70%，系统功耗优化提升60%，IP级带宽优化56.32%，外存空间节约73.89%。此外，该方案已成功应用于AR/VR产品中，通过在视频采集和显示子系统中使用FLEXA技术，实现了极低延迟的编码和解码功能，进一步提升了用户体验。
小结：
目前，芯原的可穿戴方案已经成功应用于AR、VR、智能手表、IPC等设备。通过与客户的紧密合作、不断收集反馈，并在此基础上持续迭代技术，从而提供更优质的解决方案。“我们深知，AR眼镜技术的发展绝非单一企业之力所能及，它需要整个生态系统的协同努力。”刘律宏说。
在可穿戴IP系列方面，芯原将持续根据客户的反馈进行开发，以确保其产品能够灵活适配市场的需求。在系统方案落地方面，致力于提升IP之间的互联效率，并构建更加紧凑的互联结构。同时，也将持续投入于新技术的研发，例如EIS（电子防抖）和SLAM（同步定位与地图构建）等技术。
此外，生态合作也是其关注的重点领域。据介绍，芯原计划与产业链的上下游企业紧密合作，共同推动AR眼镜技术的发展和应用落地。针对可穿戴设备的特点，将持续优化Lite版IP软件，确保其具有极小的代码量、低存储占用和低CPU负载，并支持多种操作系统。
刘律宏最后表示：“相信通过这些持续的努力，芯原致力于为客户提供全方位的技术支持，推动可穿戴设备市场的创新和发展。”
