Uploads%2farticles%2f15987%2fcoloros%e7%ae%97%e5%8a%9b%e6%a8%a1%e5%9e%8b 0001
|
2023-03-21

OPPO 推出全新一代 ColorOS 超算平台

实现了性能、续航与流畅上的全面提升

随着中国手机用户的平均换机周期加长,在性能上既要「性能与能耗兼顾」,又要「全面持久流畅」的用户需求,推动手机系统底层技术革新步伐。如何基于同样的硬件平台实现新的性能突破?OPPO Find X6 系列给出的最新解答 —— 全新进化的 ColorOS 超算平台。

通过芯片微架构拆解、安卓内存底层重构,以及文件存储技术优化,ColorOS 超算平台助力最强旗舰配置的 Find X6 系列,实现性能、续航与流畅上全面提升,解决「高性能必须高功耗」的行业难题,做到性能无损的同时续航表现更佳,让用户无论日常使用、高负载使用甚至久用之下,都能获得极致流畅、可靠的体验。

一、微架构超算引擎,高性能低功耗

作为行业领先的系统级算力调度技术,微架构超算引擎能够精准计算高性能与低功耗的平衡点,做到重载流畅的同时续航表现更佳。

迈入流畅续航优化技术深水区

根据《2022 年中国内地市场高端手机消费者调研报告》,国内用户对于高端手机品牌诉求中,流畅不卡顿占比达到 61.7%,续航持久占比达到 45.4%。安卓智能手机十几年的发展,流畅性能,持久续航依然是大多数消费者对旗舰高端机的期待。然而,尽管旗舰手机配置越来越强劲,高性能与长续航的矛盾依然是行业面临的「超级难题」。

「难题」之难,在于软件系统对硬件资源的调度使用依然不够高效,不够精细。而这种内功修炼的差异,造成尽管市场上的旗舰机,大多用上了同款满血版处理器,几乎相同的屏幕分辨率以及电池容量,但实际上手久用的性能体验却相差甚大。

手机软件调度技术经历了多年的进步,从最早的根据任务优先级区分大小核运行,重要线程锁定核心锁定频率,再到智能冻结,智能清理等技术,这些技术让基础体验有了 80 分。但是诚如一颗树的生命力有多强,枝繁叶茂增加光合作用固然重要,而扎在土地下面的根系有多四通八达更是不可或缺。

手机软件如何高效地精细地用好手机芯片的每一个计算单元,才是调度技术的根本。一连串的计算指令,在芯片微架构上,从 CPU/GPU 到各级缓存再到近存和远存之间,如何实现最短路径,实现最佳算力组合,可以说是当前性能功耗优化技术的「深水区」。而芯片微架构极其复杂,对手机厂商来说,Soc 芯片的运行机制可谓「知之甚少」,优化技术往深水区前进的每一小步,背后都需要长期的研发投入。

基于行业痛点与技术演进趋势,2022 年,ColorOS 超算平台发布,聚焦解决计算资源分配不合理的问题,打破高性能与低功耗不可兼得的矛盾。根据 OPPO 实验室数据测试,升级到 ColorOS 13 的 Find X5 Pro,性能在提升 10% 同时,续航也提升了 4.7%。

在此基础上,又经过 6 个月的探索,ColorOS 技术团队对芯片微架构进一步深度解析,将 SoC 芯片中决定性能功耗的关键因子抽取建模计算,从而精准得出性能调度的最佳能效组合,发布了行业首个微架构级算力模型 – 微架构超算引擎。

根据 OPPO 实验室测试,在微架构超算引擎加持下,Find X6 Pro 实现更低功耗,更强性能。续航上,Find X6 Pro 的 DOU(day of use)也达到 1.166 天,较同硬件配置竞品保持领先,较 iPhone 14 Pro Max 的 1.102 天高出 6%。对比有无微架构超算引擎技术,Find X6 Pro 日常使用续航也有 1.2 小时提升。

游戏重负载场景下,微架构超算引擎使得 Find X6 系列的表现同样不俗。60 帧《原神》蒙德地图 1 小时游戏体验中,Find X6 Pro 平均帧率达到 59.86 帧,在温度与功耗接近情况下,较 iPhone 14 Pro Max 高出 5 帧以上;与同平台竞品相比,手机温度低 2.6 度,平均功耗低 206mA。《暗黑破坏神:不朽》手游 960P+60 帧 + 极致画质模式下, Find X6 不仅做到性能最强,功耗和温度也都远胜同平台其他手机,手机温度较同平台竞品低 1.3 度,平均功耗降低 14%。

性能与续航「双擎」并进

微架构超算引擎能够实现在不牺牲性能条件下提升续航,首先得益于对 Soc 芯片微架构的拆解。为此,ColorOS 组建了一支由众多资深芯片半导体技术专家构成的研究团队,他们基于手机执行一个任务在不同计算单元的算力分布,从一条指令所需要的时钟周期数 CPI(Cycle Per Instruction)维度,建立了能够覆盖各类用户场景的计算模型。这个模型,耗时三年,完成了对微架构运行链路的「全解析」,将传统性能功耗调度可以调教的参数提升了十几倍。

举个例子,完成同样的计算任务,不同的计算单元所消耗的能量不同,这就构成了通过正确的计算指令分配,可达成性能不损失的同时,功耗可降低的理论基础。在高画质高帧率的游戏重负载场景中,过去为了控制功耗发热,可能会单纯把 CPU 频率压降 15%,从而使功耗降低 5%,但因此整体性能也会随之降低。

而微架构超算引擎识别了计算的瓶颈所在,选择让缓存和 DDR 总线提速 20%(功耗增 2.5%),GPU 渲染强度降低 10.5%(功耗降 2.5%),CPU 频率降低 15%(功耗降 5%),使得整体性能不减,而功耗依然降低 5%。这就是基于微架构拆解,微架构超算引擎能调教的参数维度更丰富、更精细,从而可以得到更好的算力组合方案。

在微架构拆解基础上,微架构超算引擎还实现了科学换算。传统的性能调度,大多是针对特定场景或应用进行调度规划,生成的调优方案迁移到其他场景或应用仍需要大量的人工测试验证,并且可能无法保证每一个策略的适用性。

为了解决这个问题,ColorOS 的芯片技术专家与大数据专家展开了多轮合作,将芯片中不同模块的各种调频参数,与对应的性能功耗表现构建大量数据组合,从而融合生成算力的数学模型,使之能够跨不同芯片平台,覆盖不同手机使用场景,比如大型游戏、视频会议、影像拍摄、视频观看等进行性能优化的精准计算。

不止于此,ColorOS 技术团队联合国内高校引入了人因研究方面专家,目的是让模型的计算结果,能更符合人的实际使用,希望通过人因研究分析用户在不同场景下感受到的最佳体验,以人的实际使用感知,为模型提供修正参考。

这是因为不同使用者,对于流畅的理解其实是不一样的,有优雅的流畅,极致的流畅,简洁的流畅…… 所以,基于用户感知的人因分析才显得格外重要。人因分析的引入,让理性的微架构超算引擎有了感性的指挥官,不同使用场景,源于正确的使用者分析,采用不同的算力调度策略,最终让系统的体验更全面且细腻。受益于微架构超算引擎一系列技术创新,OPPO Find X6 Pro 真正实现了性能与续航的「双擎」并进。

二、内存基因重组,迄今最彻底的安卓内存底层重构

内存基因重组技术从系统底层入手,实现业内迄今最彻底的安卓内存底层重构,带来更加极致的流畅体验。

极致流畅新体验

基于 ColorOS 超算平台,OPPO Find X6 系列带来的第二个「黑科技」—— 内存基因重组,实现业内迄今最彻底的安卓内存底层重构,并借助瞬时带宽技术、异步内存技术、应用预计加载技术三项科技,打造旗舰机高负载流畅的新体验。

其中, 异步内存技术是 ColorOS 首创的内存管理技术,拥有 30+ 行业专利。这项技术对安卓底层架构进行修改,将串联式内存调度改为所有任务并联式,大幅提升内存回收效率,显著改善手机重负载场景下的使用体验。

瞬时带宽技术能够根据任务动态调整,对内存底层的调度逻辑进行修改,将内存中访问数据量扩大至原来的 16 倍,大幅降低手机使用过程中的卡顿现象。

应用预加载技术则通过 AI 深度学习,结合用户使用习惯(时间,地点,位置等)提前对后台应用内存进行分配和调度,当用户想启动某个应用的时候,系统已经通过预加载在后台完成,只要点击一下图标就会立即启动,大大缩短等待时间。通过这项技术有效解决重负载应用启动速度慢、频繁杀后台等问题。

即使在为影像保留更多内存空间的情形下, OPPO Find X6 Pro 16GB 后台应用驻留平均 40+ 个左右,后台驻留能力依然行业领先。在大容量保活基础上,OPPO Find X6 Pro 连续打开 20 款应用启动速度平均最高达到 96 秒,相比 OPPO Find X5 Pro 提升 100% 以上,与 iPhone 14 Pro Max 持平,达到安卓行业领先水准。在重负载场景中(如高清视频通话、杜比视频拍摄与剪辑,大型游戏高画质高帧模式),OPPO Find X6 系列能让用户在进行多应用启动、切换时,流畅性提升 50%,再复杂的场景也能一心多用。

异步内存技术 重构安卓内存分配效率

随着高性能需求爆发式增长,高清音视频通话,长时间视频直播,高画质高帧率游戏的需求剧增,往往瞬间爆发的高负载需求,让内存突然变得堵塞。ColorOS 技术团队通过人因研究发现,在高负载多应用同开情况下,例如一边玩某个大型开放世界高画质手游,同时观看视频攻略,或者一边视频会议,一边回微信,常常就会出现应用之间切换、点击无响应,卡死,加载不及时,画面不连续 / 掉帧等卡顿问题。

对此,近年来行业都在极力推崇「内存融合」技术,即借鉴 PC 的「虚拟内存」,让原本 8GB 内存的手机可以变成 10GB/12GB,12GB 内存的手机则可以变成 15GB。然而,「虚拟内存」由于频繁读写,会一直占用处理器和内存、闪存资源,拉低手机的处理能力,反而可能降低手机的使用体验,比如应用启动度可能会变慢。事实上,这些并不能从根源上,解决瞬时高负载带来卡顿问题。

为真正解决高负载带来的流畅度降低,ColorOS 借鉴微内核的先进设计思想,将内存分配与回收等关键操作服务化与并行化,推出异步内存技术。举个例子,到机场登机进行安检,只有两个窗口的话大家排队可能就很慢,但是如果多两个甚至四个窗口,通行的效率就可能翻倍提升了。

但即使多开了 4 个通道,假如登机人群突然暴增更多,还是会出现无序排队与堵塞。ColorOS 技术团队对安卓原生底层资源的低效访问、无序抢占导致的高负载问题,逐一进行精细化梳理,发现问题关键还是在于资源分配的上。当访问量激增,原生系统机制每个通道都要先进行观察与问询:你这个通道是不是满了?其他人可不可以转你们这里?询问结束然后再做资源分配的决定;接着下一波人潮涌来,系统又再一次观察、问询与决定…… 公式化流程,结果不仅效率低,堵塞依然可能没有解决。

为此,ColorOS 技术团队通过完备的内核级系统修改,成立一个内存调度的「指挥官」,将应用对资源的申请服务化统一管理。首先,从技术上依靠大数据决策,告别多余的观察与问询,比如 1 号、2 号通道人数爆了,它们就像两个重负载的 APP,根据过往大数据,内存不可能回收与释放资源,而 3 号、4 号通道排队人不多,大数据显示它们很快就会结束任务,因此系统会立即安排回收与释放这两个通道,将「人流」引入 3 号、4 号通道。

这就是通过时刻掌控全局的「指挥官」,优化不同进程对内存共享资源的无序争抢,既避免高负载场景下,因系统频繁的问询与观察,带来的功耗增多和发热异常,又基于智能的内存分配 - 回收,让内存资源分配变得更高效有序。

在此基础上,ColorOS 技术团队甚至还改善了困扰行业的「锁竞争」问题,比如有的进程很重要,但前面已有进程占据内存资源只能排队等待,这个时候该如何处理?如同机场会将「晚到旅客」安排优先通过一样,异步内存技术在其他通道「暴满」时,会优先安排重要程度更高的进程,使得重要进程不会因为前面进程被「锁」而一直苦苦等待。

异步内存技术拥有超过 30 篇专利部署,实现高负载多任务应用切换「零卡顿」,多个应用连续启动后,打开相机应用切换,点击操作,整个过程都能行云流水。异步内存技术推出后,也迅速被谷歌纳入安卓原生版本,让更多的手机在高负载场景下也能收获流畅体验保障。

瞬时带宽技术 重构安卓内存访问效率

内存的回收与分配效率可以提升,访问的效率是否也可以提升?在机场安检口,如果 4 人能同时安检,自然能比 2 人同时安检通过效率高。

原生安卓的内存访问,就是以 4K 一个单位进行读取,一个 65K 的进程就需要 16 次 4K+1 次 1K,即使最后只有 1K,也依然占用 1 次读取过程,总计就是 17 次。假如扩大到 64K 一个单位进行读取,那么一个 65K 的进程就只需要 2 次。而提高内存分配大小,对于涉及相机、高画质视频等需要大容量内存运行的进程,无疑速度上将带来极大提升。

ColorOS 技术团队发现,当前大多数应用,早已满足大于 64k 单位内存分配,以微信举例,高达 98.63% 的文件页(系统释放掉可以回收的内存)大于 64K,高达 96.67% 的匿名页(还要再次被访问,不能直接回收的内存)大于 64K。

为突破安卓原生限制,ColorOS 技术团队深入到 Linux 核心进行内存管理改造,将内存访问从 4K 提高到 64K,一举提升了 16 倍,推出瞬时带宽技术。此外,这项技术还实现动态分配方案,适合 4K 分配进程使用 4K 通道,适合 64K 分配进程使用 64K 通道,让资源分配更加合理。

在瞬时带宽技术支持下,OPPO Find X6 系列,即使在连续打开多个应用的情况下,微信启动,或系统相机启动依然流畅,一边原神,一边用微信小窗聊天发图片也不卡。

最终,基于内存基因重组,OPPO Find X6 系列在高负载场景下,应用启动速度、切换速度与操作速度都获得显著提升,树立高端旗舰的流畅新标准,而只有在底层技术进行长期的深度投入,才能在产品层面打造出独特的可靠体验。

三、焕新存储技术, 久用依然流畅

焕新存储技术是软硬协同的数据重组技术,能有效避免手机长期使用后的性能下降,实现长时间使用依然流畅的体验。

48个月久用流畅 持久稳定高性能体验

焕新存储技术通过高效的压缩算法、文件反碎片、存储加速等技术加持,使得手机读写效率的全面提升,有效改善手机老化后读写速度变慢的问题,从而保障手机久用如新。

当手机使用时间比较长以后,通常都会因为日积月累产生很多缓存碎片,比如很多图片、视频等文件的操作与残留,往往会导致存储空间出现碎片化。原本系统读取一个文件,是按照顺序一个接一个存储到硬盘,如果设备使用时间久,在硬盘存储会碰到很多碎片文件占据位置,从而阻碍新文件以连续排列形式进入硬盘,最终导致存取文件速度下降,手机越用越慢。

针对这个难题,焕新存储技术相当于为手机文件存储打造一个「收纳师」,它能将中间插入的碎片挪走,腾出位置按顺序将读取的文件进行重新排列,这样就减少了无效读取,让新文件更快存储进入。通过这个关键技术,Find X6 系列手机顺序读性能提升 10%,持久流畅性得到大幅提升,经过 OPPO 实验室测试,达到 48 个月久用流畅。

四、ColorOS 超算平台,全方位系统流畅

ColorOS 超算平台推出后,OPPO 在性能方面的技术研发创新已经深入底层,通过在芯片、模型、内存、文件存储方面构筑自己的技术壁垒,并将这些技术真正应用在了产品中,实现了性能技术的领先。

由于离消费者比较近,OPPO 对用户痛点以及诉求比较清晰,另一方面,高端用户对于性能与续航的期待,也坚定了 OPPO 在 Find 旗舰机型上投入尖刀的自研「黑科技」。目前,ColorOS 每年在产学研合作上的投入接近 2 亿元,性能领域正是 ColorOS 重点技术自研方向。受益于性能技术持续投入,ColorOS 从 2020 年起,连续三年被鲁大师评为最流畅手机系统。

微架构超算引擎、内存基因重组等优势技术的积累,也将奠定 Find 旗舰机型在重负载场景下的体验优势,将旗舰机性能比拼引入深层次技术赛道。未来,无论游戏、通信、视频会议还是影像拍摄,在 ColorOS 超算平台支持下,Find 系列旗舰机型都将获得最优算力分配,为用户带来全方位的系统流畅体验。

>>
Back to top btn