時(shí)間倒退至 4 年前光戈，國(guó)內(nèi)上演「百箱大戰(zhàn)」的焦點(diǎn)剛剛開(kāi)始從智能音箱產(chǎn)品本身哪痰，轉(zhuǎn)移到 AI 和支持 AI 運(yùn)行的芯片平臺(tái)。

2017 年 11 月久妆，杭州國(guó)芯在深圳舉辦了一場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng) AI 芯片的發(fā)布會(huì)，推出了適合音箱跷睦、家電筷弦、玩具、車載等 AI 產(chǎn)品的 GX8010 物聯(lián)網(wǎng)人工智能芯片，支持本地離線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算烂琴，具備低功耗爹殊、低成本的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)較早地開(kāi)啟了「AI 賦能之路」奸绷。

國(guó)芯已經(jīng)有 20 年的歷史梗夸，是國(guó)內(nèi)最早一批成立的芯片公司，是全球機(jī)頂盒芯片的頂級(jí)供應(yīng)商之一号醉，也是 AI 芯片的新興企業(yè)反症。

經(jīng)過(guò)了 4 年的發(fā)展，國(guó)芯的 AI 芯片已經(jīng)植入到很多家居和家電產(chǎn)品畔派，并從家庭延伸到了車內(nèi)場(chǎng)景铅碍。

△ 家庭場(chǎng)景、車載場(chǎng)景线椰，GX8010 的落地案例

而今天胞谈，2020 年 7 月 21 日，國(guó)芯在杭州召開(kāi)了發(fā)布會(huì)憨愉，發(fā)布了首款超低功耗的應(yīng)用在可穿戴領(lǐng)域的 AI 芯片烦绳，在極小體積的芯片上，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音喚醒配紫、指令識(shí)別爵嗅、AI 降噪、模式識(shí)別等功能笨蚁，開(kāi)啟了全新的基于「人-車-家」全場(chǎng)景的落地之路睹晒。

△ 實(shí)現(xiàn)「人-車-家」AI 全場(chǎng)景覆蓋 / 杭州國(guó)芯 CEO 黃智杰

國(guó)芯在過(guò)去 4 年，見(jiàn)證了人工智能領(lǐng)域的飛速發(fā)展括细，見(jiàn)證了人工智能的產(chǎn)品形態(tài)演變伪很。人工智能并不需要機(jī)器人一般龐大的軀殼，智能音箱就能解決很多問(wèn)題奋单。

而 2018 年蘋果 AirPods 二代的推出锉试，更是將耳機(jī)變成了隨身的語(yǔ)音助手，不需要多大的體積览濒，讓 AI 可以跟著人走呆盖。

國(guó)芯認(rèn)為，人工智能產(chǎn)品的形態(tài)未來(lái)還會(huì)演變贷笛，而國(guó)芯的思考应又，則是如何讓產(chǎn)品端更便捷地接入到 AI 大腦，即「喚醒」功能的實(shí)現(xiàn)乏苦。

△ AirPods 二代株扛、小米 Air 2S尤筐、vivo TWS Neo 等支持語(yǔ)音喚醒的 TWS 產(chǎn)品

過(guò)去，在智能音箱洞就、家居盆繁、車載等領(lǐng)域，喚醒的體驗(yàn)已經(jīng)相當(dāng)成熟旬蟋，但在可穿戴產(chǎn)品上卻仍然面臨著體積油昂、功耗等挑戰(zhàn)。而如今倾贰，國(guó)芯通過(guò) GX8002 來(lái)解決了這些問(wèn)題冕碟。

這是一顆集成度高的芯片

國(guó)芯 GX8002 是一顆超低功耗 AI 語(yǔ)音喚醒芯片，具備功耗低躁染、體積小鸣哀、成本低的優(yōu)勢(shì)。

△ 智慧穿戴吞彤，從芯啟航 / 杭州國(guó)芯 AI 事業(yè)部總經(jīng)理 凌云

從芯片的架構(gòu)上來(lái)看我衬，它的規(guī)格并不復(fù)雜，設(shè)計(jì)卻很精巧饰恕。下圖中的綠色部分的 VAD 模塊挠羔，為國(guó)芯自研的高性能語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)器，負(fù)責(zé)判斷是否有人說(shuō)話埋嵌。

當(dāng)麥克風(fēng)檢測(cè)到有人說(shuō)話時(shí)破加，則啟動(dòng) NPU 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器。gxNPU V200 是國(guó)芯自研的第二代 NPU雹嗦，支持 DNN/CNN/RNN 等范舀。

而 MCU 則采用的是平頭哥 CK804 處理器。與 Arm M4 處理器相當(dāng)了罪，平頭哥 CK804 是一款輕量級(jí)的 32bit 低功耗 MCU锭环，集成了 DSP 與浮點(diǎn)運(yùn)算單元。

△ 國(guó)芯 GX8002 芯片架構(gòu)

國(guó)芯 GX8002 可接入豐富的外設(shè)泊藕，除了藍(lán)牙主控芯片外辅辩，還支持模擬麥克風(fēng)、數(shù)字麥克風(fēng)娃圆、以及當(dāng)下流行的骨傳導(dǎo)麥克風(fēng)玫锋。

值得一提的是，國(guó)芯 GX8002 將過(guò)去外置的晶振也集成到了芯片里讼呢，從而節(jié)省了 PCB 的面積撩鹿，進(jìn)而節(jié)省了成本。

△ 國(guó)芯 GX8002 芯片實(shí)拍圖

同時(shí)封裝進(jìn)芯片的還有 208KB SRAM 和 256KB/512KB Flash吝岭。

這是一顆超低功耗的芯片

在可穿戴設(shè)備里做語(yǔ)音喚醒三痰，面臨的主要挑戰(zhàn)就是功耗吧寺。

對(duì)比過(guò)去用于智能音箱的傳統(tǒng)智能語(yǔ)音芯片窜管，其功耗為 1000mW散劫；集成 DSP 的智能家居芯片，其功耗為 100mW幕帆；而即便是最小單元的數(shù)字麥克風(fēng)获搏，功耗也要 1mW。

△ 傳統(tǒng)語(yǔ)音芯片功耗

國(guó)芯 GX8002 將語(yǔ)音喚醒的功耗帶入了「微瓦」時(shí)代失乾。

在 VAD 待機(jī)情況下常熙，功耗可以低至 70uW；在 VAD 檢測(cè)到人聲碱茁，進(jìn)行喚醒識(shí)別的工作狀態(tài)下裸卫，功耗為 0.6mW，甚至低于一顆數(shù)字麥克風(fēng)的功耗纽竣。

△ 國(guó)芯 GX8002 典型應(yīng)用功耗

而在日常的使用中墓贿，平均 70% 為 VAD 的工作模式下，國(guó)芯 GX8002 的平均功耗小于 300uW蜓氨。三種狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的電流數(shù)據(jù)分別為：20uA聋袋、180uA、90uA穴吹。

△ 低功耗演示：1.8V/0.85V 供電幽勒，使用模擬麥克風(fēng)，國(guó)芯 GX8002 在待機(jī)/短指令喚醒的切換中港令，實(shí)時(shí)功耗的數(shù)據(jù)

* 注：演示視頻中是兩路供電啥容，功耗需要相加。

超低功耗 AI 語(yǔ)音喚醒背后的技術(shù)支撐

實(shí)現(xiàn)超低功耗 AI 語(yǔ)音喚醒顷霹，背后有兩個(gè)模塊的支撐咪惠，其一是 NPU，其二是 VAD泼返。

在極小體積的芯片上進(jìn)行語(yǔ)音喚醒硝逢、指令識(shí)別、AI 降噪绅喉、模式識(shí)別等運(yùn)算渠鸽，國(guó)芯第二代 NPU 較初代有了很多改進(jìn)。

它可以實(shí)現(xiàn)更高的指令效率和計(jì)算效率柴罐，更好網(wǎng)絡(luò)量化壓縮能力徽缚，支持 DNN/CNN/LSTM 等主流神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，能效比是普通DSP的十倍以上革屠。同時(shí)凿试，它是一個(gè)完全可編程的結(jié)構(gòu)排宰，具有統(tǒng)一的工具鏈，可以無(wú)縫對(duì)接 TensorFlow 等訓(xùn)練平臺(tái)那婉。

△ 國(guó)芯第二代 gxNPU V200 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器

VAD 的性能直接決定了這顆芯片的工作狀態(tài)板甘。

傳統(tǒng) VAD 基于能量做判斷，人聲高一些 VAD 就會(huì)被激活详炬，反之則待機(jī)盐类。當(dāng)處于地鐵車廂、公交車站等背景嘈雜的環(huán)境中時(shí)呛谜，人聲淹沒(méi)在環(huán)境噪音中在跳，傳統(tǒng) VAD 常常就會(huì)失效。

國(guó)芯自研的 VAD 則通過(guò)多維度的特征分析和判斷機(jī)制隐岛，輔之以自動(dòng)調(diào)節(jié)閾值的策略猫妙，再通過(guò)聲學(xué)計(jì)算，即便在復(fù)雜的環(huán)境噪音中聚凹，也能準(zhǔn)確地判斷出人聲割坠。

同時(shí)，國(guó)芯在 VAD 上運(yùn)行的算法已經(jīng)固化到了硬件上元践，不依賴于 CPU韭脊，因此進(jìn)一步地節(jié)省了功耗。

△ 國(guó)芯自研 VAD 對(duì)人聲的判斷

在辦公室单旁、地鐵沪羔、公交車、咖啡館象浑、馬路邊等日常佩戴 TWS 耳機(jī)的環(huán)境中蔫饰，國(guó)芯的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，設(shè)備日常使用 VAD 的待機(jī)比例大部分情況下愉豺，是大于 70% 的篓吁。

只有在咖啡館等環(huán)境人聲非常復(fù)雜的環(huán)境，VAD 只有一半的時(shí)間在待機(jī)蚪拦，而另外一半的工作時(shí)間杖剪，VAD 在對(duì)背景噪音做實(shí)時(shí)判斷和過(guò)濾，對(duì)于那些不符合喚醒標(biāo)準(zhǔn)的聲音驰贷，則不啟動(dòng) NPU盛嘿。

這也就意味著，在日常隨行的場(chǎng)景下括袒，設(shè)備約70%的時(shí)間處在最低功耗的70uW待機(jī)模式次兆，而傳統(tǒng) VAD 一旦失效會(huì)讓整個(gè)芯片都需要全速計(jì)算，計(jì)算功耗可想而知锹锰。

△ 國(guó)芯團(tuán)隊(duì) VAD 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

在低功耗的支持下芥炭，對(duì)于只配備一塊 60mAh 紐扣電池的設(shè)備來(lái)說(shuō)漓库，它的待機(jī)時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá) 27 天。如果配置 2000mAh 的 18650 鋰電池园蝠，使用國(guó)芯 GX8002 做喚醒渺蒿，其待機(jī)更是能持續(xù) 925 天。

這里需要指出的是砰琢，國(guó)芯 GX8002 還支持骨傳導(dǎo)傳感器蘸嘶，增加骨傳導(dǎo)傳感器可用于 OVVP（Own Voice Vibration Pick-up）校驗(yàn)良瞧，一方面實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的 VAD陪汽，另一方面更可以判斷喚醒設(shè)備的是本人說(shuō)話還是環(huán)境音，這樣再也不用擔(dān)心別人喊一聲把自己的設(shè)備喚醒的尷尬褥蚯。

超低功耗 AI 語(yǔ)音喚醒的應(yīng)用

國(guó)芯 GX8002 將 AI 語(yǔ)音喚醒帶入了微瓦時(shí)代挚冤，從而為可穿戴設(shè)備打開(kāi)了更大的應(yīng)用空間。三大主要應(yīng)用領(lǐng)域總結(jié)為：

1. 語(yǔ)音喚醒赞庶，實(shí)現(xiàn)大于 95% 的綜合喚醒率和小于每天 1 次的誤喚醒率训挡；

2. 離線指令，支持 20 條自定義的快捷指令歧强，如接聽(tīng)電話澜薄、播放控制等；

3. AI 通話降噪摊册，如基于單麥/雙?/?傳導(dǎo) AI 通話降噪肤京。

考慮到可穿戴設(shè)備的體積小，國(guó)芯不僅在芯片上集成了很多過(guò)去需要外設(shè)的器件茅特，同時(shí)在封裝上也為設(shè)備商提供了諸多便利忘分。

國(guó)芯 GX8002 首推 3x3 的 QFN20 的封裝，便于生產(chǎn)和貼裝白修。國(guó)芯還計(jì)劃在今年第三季度妒峦，推出更小、更緊密的 1.4x2.4 規(guī)格的 WLCSP 封裝兵睛，適合更精密的設(shè)備肯骇。

如何在可穿戴設(shè)備上集成 GX8002 這顆芯片呢？

國(guó)芯 GX8002 與藍(lán)牙主控芯片搭配使用祖很，就如同為藍(lán)牙芯片增加了一個(gè)語(yǔ)音開(kāi)關(guān)按鍵笛丙，通過(guò)共用的麥克風(fēng)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音觸發(fā)突琳。

這就極大地方便了那些使用成熟藍(lán)牙方案的設(shè)備商若债，在不改變?cè)行酒O(shè)計(jì)的情況下，花上半天到一天的調(diào)試時(shí)間拆融，輕松蠢琳、靈活地通過(guò)疊加 AI 芯片的方式啊终，將藍(lán)牙耳機(jī)升級(jí)為智能耳機(jī)，為設(shè)備增加賣點(diǎn)傲须。

△ 國(guó)芯 GX8002 典型應(yīng)用框圖：模擬/數(shù)字?直連 - 內(nèi)置 Flash - 內(nèi)置晶振 - I2C/串口通訊

可穿戴設(shè)備為什么需要智能語(yǔ)音蓝牲？

近年來(lái)，隨著 TWS 耳機(jī)的橫空出世泰讽，可穿戴設(shè)備再一次成為市場(chǎng)的焦點(diǎn)例衍、熱點(diǎn)。

△ IDC 可穿戴數(shù)據(jù) / 杭州國(guó)芯 AI 事業(yè)部副總經(jīng)理 陳滬東

毋庸置疑已卸，TWS 耳機(jī)成為智能音箱后的下一個(gè)入口佛玄。而在隨身場(chǎng)景，具備語(yǔ)音 AI 功能的 TWS 耳機(jī)累澡，將成為手機(jī)之外更適合語(yǔ)音助手的載體梦抢。

對(duì)于手機(jī)廠商而言，耳機(jī)上的 AI 語(yǔ)音喚醒一來(lái)可以提高語(yǔ)音助手的應(yīng)用頻次愧哟，降低息屏喚醒的功耗奥吩。二來(lái)可以為手機(jī)中眾多 app 提供便捷的語(yǔ)音調(diào)用入口，并結(jié)合 app 的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)智能的語(yǔ)音點(diǎn)播蕊梧，從而極大地提升用戶的使用體驗(yàn)霞赫。

而對(duì)耳機(jī)設(shè)備商而言，無(wú)論是品牌耳機(jī)還是白牌耳機(jī)肥矢，打通語(yǔ)音 AI 的硬件和軟件端衰，為用戶提供更豐富的功能，也是未來(lái)的趨勢(shì)橄抹。

△ vivo X50 Pro + vivo TWS Neo 語(yǔ)音喚醒

國(guó)芯敏銳地發(fā)現(xiàn)了「AI + 智能穿戴」的市場(chǎng)機(jī)會(huì)靴迫，以最快的速度推出了一顆專用 AI 語(yǔ)音芯片，相比市面上單芯片和外掛 DSP 的方式楼誓，它能更好地平衡設(shè)備的功耗玉锌、成本與性能。

為了更好地服務(wù)設(shè)備商疟羹，國(guó)芯還整合了包括技術(shù)主守、云端平臺(tái)、算法榄融、藍(lán)牙芯片在內(nèi)的諸多合作伙伴資源参淫，共同為 TWS 耳機(jī)、智能眼鏡愧杯、智能手表涎才、以及帶有離線功能控制的其他可穿戴設(shè)備賦能。

灣里小結(jié)

國(guó)芯 GX8002 超低功耗可穿戴芯片，雖小卻并不簡(jiǎn)單耍铜，它繼承了國(guó)芯在語(yǔ)音 AI 芯片領(lǐng)域多年的經(jīng)驗(yàn)邑闺，并實(shí)現(xiàn)了很多跨領(lǐng)域技術(shù)的突破，包括音頻信號(hào)處理棕兼、語(yǔ)音喚醒算法陡舅、 NPU 異構(gòu)計(jì)算、多級(jí)喚醒伴挚、VAD 技術(shù)靶衍。

為了方便設(shè)備商的快速集成，國(guó)芯還在這顆芯片上做了低功耗 ADC茎芋、電源管理颅眶、無(wú)晶振設(shè)計(jì)，同時(shí)采用了低壓工藝和立體 SIP 封裝败徊，把閃存和內(nèi)存都封裝了進(jìn)去帚呼。

同時(shí)，它還很好地平衡了功耗與性能皱蹦。每顆 0.65 美金起（按累計(jì)采購(gòu)量階梯優(yōu)惠）的價(jià)格，更為這顆芯片在手機(jī)廠商和可穿戴設(shè)備商的應(yīng)用推廣眷蜈，提供了成本保障沪哺。

過(guò)去因?yàn)楣牡仍虿桓蚁搿⒉桓易龅氖虑樽萌澹缃穸疾怀蓡?wèn)題了辜妓。在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，國(guó)芯將助力設(shè)備商忌怎，打開(kāi)一個(gè)新的世界籍滴。

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主筆：陳壹零 / 深圳灣

編輯：陳達(dá)達(dá) / 深圳灣