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在系统内核上“攒气”的vivo

本文作者:量衡 2021-12-21 12:23 专题:全面突破 vivo NEX
导语:低调的vivo在憋大招

凯撒说过“人只会看到自己想看到的东西”。对于同一件事,经历和预期不同的人,会看到不同的侧面。就像刚结束的2021 vivo开发者大会,很多网友都表示看不明白,但业内人却看到了一个在“积跬步至千里”的vivo,一个在憋大招的vivo。

vivo还是那个实诚本分的vivo,言语克制,协作共赢的价值观总是会在字里行间中透露出来。大会有IoT、系统性能、隐私安全等几个大的方向,而我们针对大家最关心的系统性能部分,把一些开发者大会那些大家没留意到的细节,串起来再看一次。


系统内核层面技术创新

大会开头的成绩单提到,vivo在60多个国家和地区拥有4亿多用户,国内超过2.7亿在网活跃用户,2021年国内出货量持续领先,三季度份额达到22.1%,菲律宾、马来、印度等海外的主要市场也是市场份额前三。严格遵守广告法的vivo用语非常克制,实际情况其实是,vivo从Q1到Q3都是国内出货量第一……

在系统内核上“攒气”的vivo

开发者大会开头的“设计驱动:携手打造科技之矛,共同成就人文之悦”主题分享,很大一部分是围绕性能和流畅度的技术分享的。vivo在上一年开发者大会就提到过自己对流畅体验的看法,核心是人因分析、心流建设和系统性能。人因和心流是从用户心理出发的系统工程,目标是找到让用户最舒服的参数、最符合心理预期的交互和动效,而系统性能的着重点是“计算、内存和显示”3个部分。

计算性能,是指高实时计算、智慧调度计算及高速追载三大引擎。“高实时计算引擎”负责高性能并发处理,确保在系统多任务运行的流畅;“智慧调度计算引擎”负责分配任务,平衡性能与功耗;“高速追载引擎”则可以在需要性能的时候,加速CPU提频的速度,可以理解为提升加速度。

在系统内核上“攒气”的vivo

关于内存性能,vivo的观点是要建立独立的虚拟缓存单元,系统性全局管理系统常驻内存的生命周期,控制应用内存分配与回收、DRAM与SoC内部缓存,以提升内存管理的性能和效率。表征就是vivo的内存融合升级到了2.0版本,有虚拟缓存单元,能精确压缩和多层次交换内存数据。

显示性能方面,除了调用原子动效引擎模拟物理世界的新动效,vivo还提到全链路提升UI交互渲染优先级,在全系统层面提高触控操作的响应优先级,让第三方应用的显示也能更流畅。

官方放出的成绩单,也从上一年的“全系36个月抗老化5星”,变成首发泰尔实验室的“全场景持久流畅体验泰尔五星证书”,现在覆盖了应用启动、内容加载、视觉流畅、触控感知、多任务并发及网络运行等日常高频使用场景。


“计算、内存、显示”性能提升的技术细节

非技术背景的同学,看完上面可能会有点雨里雾里,我们现在揉碎来说。

“计算、内存和显示” 的系统内核性能提升,说白了就是更好地压榨现有的硬件性能。因为软件性能需求的高速增长,计算设备从来都没有所谓的“性能过剩”之说。时至2021年,性能导致的流畅度问题,依然是用户换机时反馈最多的问题之一。 

计算方面,翻译过来就是用了3个“引擎”,可以笼统理解为模式/模型/算法方案,它们分别处理并发、能效比和瞬时加速的问题。新系统里多了高并发计算模式和高速追载模式,官方用的测试模型,是大家以前很熟悉的多应用开启速度对比,官方宣称在20个应用启动测试中,首轮速度提升20%,第二轮提升30%。而高速追载则宣称CPU提频速度能提高200%,游戏性能提升15%。

而能效比问题,靠的是更好的调度模式。SoC当中有CPU、GPU、NPU、DSP等各种核心,它的长短处各不相同,但原生系统和第三方应用的很多通用的算法,最终都是由CPU硬抗,没有交给最合适的核心处理,造成了资源的浪费。vivo这两年在做的是从内核层面搭计算加速平台,把不同算法和计算资源等做成独立算子,像是把AI和显示算法分配给NPU和GPU,把声音处理分给DSP,从而提升效率和优化效果。单在游戏项目,vivo宣称游戏中能在帧率不变的情况下,平均功耗最高可以降低10%。

暂时还没有测试对比的机会,但vivo这一套“并发、能效比和瞬时加速”的算法,对CPU的提升幅度非常明显,比最近几年安卓阵营的CPU性能涨幅都大。以前移动平台的性能一直在飞涨,掩盖了系统效率和优化上问题。但众所周知,无论是Arm的公版CPU,还是苹果的A系列芯片,它们的CPU单核性能都已经进入了瓶颈期,越到后面,系统优化的差距就越明显。 在系统内核上“攒气”的vivo

在内存部分,内存融合估计是2021年宣传最成功的技术功能,vivo也提到内存融合技术在终端的效果,门店也反馈+3G的功能非常吸引线下消费者,所以仅用了大半年时间,所有的主流厂家,无一例外都跟进了内存融合功能。毕竟8GB内存的手机,如果模拟出11GB,甚至12GB内存的效果,就等于给消费者省钱了。

安卓系统自带的ZRAM、SWAP和最近的内存融合,通过划分一部分ROM来存放和交换内存数据,但具体实现机理和效果,各个厂商都不太一样。而vivo之前比较保守,在内存融合1.0上只做了3GB的内存融合,而新的内存融合2.0可以做到4GB,并在系统内核里增加新的全局虚拟缓存管理机制。后者同样是提升效率的方案,目标是减少存储交换的几率,毕竟ROM的速度远低于内存,而且交换时还会消耗CPU的计算资源。

vivo官宣的效果,是后台存留能力在以每年40%的速度增长,同样以8GB内存为例,2019年可以存留的App是14个,到2020年增长到20个,而现在的vivo可以做到28个App。但实际上App在3年间也是在不断变大的,效果实际要比40%这个数值还大。

同样和直觉相反的是系统本身的内存占用。vivo宣称因为编译器性能和系统精简的效果,系统常驻内存从上一年的4.5GB下降到3.7GB,四舍五入等于“多送”了800MB的内存,一定程度上也是增加后台存留的功臣之一。

另外,vivo也提到“UI交互渲染的优先级提升”的细节。早年大家觉得iOS比安卓流畅跟手的重要原因,是iOS在设计之初,UI交互层级就比安卓高,不管后台有没运算完,都先响应用户操作。但安卓是耿直地算完再做响应,就算最终速度比iOS快,但用户却实实在在地感受到了卡顿。UI交互优先级的提升,涉及到安卓系统底层的基础设计,可能是难度和复杂度最高的部分之一,vivo只表示游戏帧率稳定性提升63%,并未过多深入讲解,但足以看出vivo已深入安卓系统底层设计。

而在功耗上,行业规律是每年省电5%到7%,但高帧率游戏的普及、短视频的崛起、疫情导致的视频会议需求增加,2021年的手机耗电需求的增长远超正常值。而vivo的宣称内核优化、智能冻结3.0(宣称冻结速度提升49%,待机耗电减少38%)和自适应刷新率等技术加起来,在去年省电幅度大概是在6%到7%。


5G、WiFi和蓝牙网络优化

手机作为联网设备,除了本地应用的系统性能,网络性能也是极度影响流畅性体验的,所以vivo也把网络优化列入 “全场景流畅”的概念当中,针对5G、Wi-Fi和蓝牙网络的优化做了大量的工作。

我们现在正处于5G网络的交接期,很多地区存在5G NSA、5G SA、4G LTE、部分残存的2、3G信号共存的状况,再加上5G的频率提高,导致基站覆盖范围下降,在不同技术组网区域,手机可能会在不同的基站小区间频繁切换,造成网络/通话卡顿的同时还增加了功耗。

而vivo引入算法和路试的优化成绩是SA 5G网络的电话接通率99.9%、VoNR通话接通率99.3%(行业标准线是98%)、网络“乒乓”切换高发区域的功耗异常降低85%、副卡对主卡的影响导致的高时延情况改善62%、接通率提升9%、网络拥塞场所异常率降低30%。它们背后是手机端侧的智能记忆和规避、新增的高铁/地铁模式、覆盖国内超过100个城市的路测中台。

在系统内核上“攒气”的vivo

在Wi-Fi方面,vivo也一直在不惜投入”:2019年首创双Wi-Fi功能,2020年去和成都天美找王者荣耀合作,做游戏内的双数据通路,而2021年则是和路由器厂商合作搞手机端多路传输。在手机侧内核层面,系统的AI模型在应用层会根据显示和帧率反向识别Wi-Fi弱网,也有游戏数据包高优先级传输、天线功率倍增等功能设计。此外也有“笨方法”,在全国100多个城市、300多所高校、200多个机场做路试。

而蓝牙方面,主要是针对车载体验与兼容性做了高强度、大面积的覆盖。vivo在2021年与4S店、蓝牙芯片方案商、车载中控方案商等协作测试了超过500款车型,覆盖75个汽车中控的品牌覆盖,宣称蓝牙连接稳定性提升30%,蓝牙声音流畅率提升20%。


总结

vivo向来是根据用户需求来调整技术方向的,在vivo称为芯片层的“驱动+内核”上,和友商不太一样,vivo对内核投入特别重,其甚至透露有自己的完整内核。而在硬件提升隐约看到天花板的大背景下,内核和系统性能优化的作用会越加明显。

芯片领域有“软硬不分家”的俗语,新硬件会催生新的软件,而新软件压榨完硬件性能之后,当中的优秀算法会以电路的形式固化成硬件,然后进入新一轮的循环。vivo透露之后会有协处理、存储芯片、APU和NPU等自研芯片,而这次开发者大会中的计算、内存管理、显示、全场景流畅上的软件算法和模型,或许正是以后要硬件固化的基础。 在系统内核上“攒气”的vivo

vivo之前也有过针对元宇宙的回应:“我们觉得第一件事是底层实力做好;二是把联接物理世界的事情做好;三是把物理世界做成数字世界的服务能力之后,要很好的触控联接的服务,要把操控相关的事情做好;四是服务和能力要汇聚起来,是生态相关的能力”。

vivo还是那个本分的vivo,惜字如金,没有留给外界太多的猜测机会。但无论未来会是VR/AR的元宇宙,还是其他,vivo的内核、性能、连接能力确实都会成为未来世界的地基。

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