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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 ��，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��，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��，那么一个 65K 的进程就只需要 2 次。而提高内存分配大��，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��，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。
