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作者：北京華興萬(wàn)邦管理咨詢(xún)有限公司 劉朝暉 陳皓 陳嬌 最近一段時(shí)間“元宇宙”一詞火爆全網(wǎng)和電子信息圈，尤其是在Facebook不再要Face而改名為Meta之后更是形成了一個(gè)小高潮，但是很多人是從游戲、VR/AR等角度去詮釋這個(gè)Metaverse新詞，但元宇宙的本質(zhì)是一種近乎完全數字化的生活和工作環(huán)境。所以盡管游戲等行業(yè)和應用也許是最快導入元宇宙的領(lǐng)域，但是我們認為自動(dòng)駕駛汽車(chē)、服務(wù)型制造、數字孿生、遠程教育和醫療等都是向元宇宙方向出發(fā)的新場(chǎng)景，而元宇宙也離不開(kāi)數據處理加速器、數字人民幣等信息安全技術(shù)和新一代網(wǎng)絡(luò )連接技術(shù)的支撐。 新場(chǎng)景：游戲、VR/AR只是蛋糕的一小塊 作為一家長(cháng)期專(zhuān)注于技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的研究機構，北京華興萬(wàn)邦管理咨詢(xún)有限公司團隊相信基于智能化、網(wǎng)絡(luò )化的數字化消費和生產(chǎn)場(chǎng)景，將在今天和未來(lái)的經(jīng)濟發(fā)展和企業(yè)經(jīng)營(yíng)中扮演越來(lái)越重要的角色，或許成為構建元宇宙的出發(fā)點(diǎn)。華興萬(wàn)邦認為自動(dòng)駕駛正在實(shí)現元宇宙的第一個(gè)完整場(chǎng)景，而未來(lái)基于服務(wù)型制造模式的、將產(chǎn)品定制與使用場(chǎng)景以及個(gè)性取向完美相結合的新數字化、場(chǎng)景化消費將成為元宇宙的最重要支柱，所以服務(wù)型制造與綠色制造和智能制造一同被寫(xiě)入了我國的十四五規劃綱要。 
“第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要”第三篇第八章 自動(dòng)駕駛會(huì )比游戲更完整地把大家帶進(jìn)元宇宙。這是因為如果能將人的雙眼和雙手徹底釋放，自動(dòng)駕駛車(chē)輛將變成封閉的網(wǎng)聯(lián)空間，它比分眾傳媒的時(shí)長(cháng)更長(cháng)、也更加的私密，加上抬頭顯示（HUD）、硬件虛擬化、語(yǔ)音手勢識別和5G（甚至6G）將構成一個(gè)真正的全數字化交互環(huán)境，乘客在行程中的商業(yè)價(jià)值將遠超今天游戲行業(yè)的價(jià)值。這是因為消費者可以在這種場(chǎng)景中充分交流、協(xié)作和消費，當然也可更好地玩游戲和VR/AR。座艙里的元宇宙才是特斯拉和造車(chē)新勢力追求的宏大目標，也是自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展的核心動(dòng)力。
特斯拉推出的本身算力已非常強大，還能通過(guò)彼此互聯(lián)變得超級強大的D1芯片 但是要創(chuàng )造這種智能、網(wǎng)聯(lián)和數字化的元宇宙新場(chǎng)景并非易事，這既需要服務(wù)型制造等新的經(jīng)濟運行和商業(yè)運營(yíng)模式，也需要大量諸如《頭號玩家》一樣的沉浸式新內容，更需要一系列重大的、關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng )新，才能確保在安全和高效的前提下實(shí)現“元宇宙”、開(kāi)辟新應用并創(chuàng )造巨大的商業(yè)價(jià)值。這也可以從特斯拉花費重金開(kāi)發(fā)D1芯片和Dojo超級計算機中窺見(jiàn)一斑。 對于服務(wù)型制造等新模式在元宇宙時(shí)代將扮演什么樣的角色，大家也可以關(guān)注由工業(yè)和信息化部與浙江省政府共同支持建設的“服務(wù)型制造研究院”；而對于游戲、AR/VR等元宇宙內容，網(wǎng)上已經(jīng)有很多了，因而在此也不贅述。而對于元宇宙建設，同樣重要的是關(guān)鍵性、基礎性的硬件技術(shù)，這對我國電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常關(guān)鍵，因為元宇宙給我們提供了在同一起跑線(xiàn)上觸達未來(lái)的寶貴機會(huì )。
在工業(yè)和信息化部與浙江省政府共同指導下，國內首家服務(wù)型制造研究院在杭州臨平成立并展開(kāi)相關(guān)研究 元宇宙需要的硬科技有哪些？ 華興萬(wàn)邦認為最為重要的硬件技術(shù)包括三大類(lèi)，一是硬件數據處理加速器技術(shù)，第二是基于硬件的安全與安全性技術(shù)，第三是新一代通信、連接和時(shí)空信息技術(shù)。下面是相關(guān)技術(shù)的一些簡(jiǎn)單歸納，我們相信也許還有其他更重要的技術(shù)，歡迎各位讀者與華興萬(wàn)邦主辦的“元宇宙硬科技”微信公眾號聯(lián)系交流，為我們提供更多的信息和線(xiàn)索，我們也將在以后的日子里給大家帶來(lái)很多相關(guān)文章。 硬件數據處理加速器 毫無(wú)疑問(wèn)的是，元宇宙將帶來(lái)數據指數級的增長(cháng)，用傳統的通用計算處理架構不斷增加處理器或者服務(wù)器的模式將面臨成本和能效等很多問(wèn)題，這也是英特爾和AMD分別收購Altera和Xilinx的原因。未來(lái)無(wú)論是在邊緣的實(shí)時(shí)性計算，還是在云中進(jìn)行數據處理、AI訓練、智能存儲和分發(fā)視頻，都離不開(kāi)硬件加速器，也就是用異構計算模式中專(zhuān)用的處理器去加速某一類(lèi)數據的處理。 常見(jiàn)的硬件加速器包括現場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列（FPGA）、圖形處理器（GPU）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )加速器（NNA）、數字信號處理器（DSP）陣列和TPU等各種針對特定數據（并行）處理的計算單元xPU。除了全球對英偉達的追捧，大家可以從一個(gè)案例中看出硬件加速器的效用：比科奇（Picocom）一次流片成功并即將推出商用的5G小基站芯片PC802就采用了一種硬件加速器架構，相對傳統基于通用CPU+FPGA的方案，能夠將小基站成本和功耗各降低一個(gè)數量級。
Imagination Technologies最近發(fā)布其旗艦型IMG CXT GPU IP產(chǎn)品，并通過(guò)增加Photon硬件光線(xiàn)追蹤功能，成為了業(yè)界第一個(gè)將基于硬件的實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤引入到移動(dòng)設備的解決方案，IMG CXT能夠為游戲和元宇宙等高性能圖形處理應用場(chǎng)景提供強大的性能，支持它們實(shí)現沉浸式、低延遲和靈活接入等性能。 首輪次發(fā)布的IMG CXT RT3 GPU內核的GPU性能高達1.5 TFLOPS FP32和48 GTexel/s，光線(xiàn)追蹤能力達到了1.3 GRay/s和48 GBoxTest/s，同時(shí)其AI算力也達到了6.0 TOPS。此外，IMG CXT還采用了高性能多核GPU架構，極大地提升了用戶(hù)產(chǎn)品的可擴展性和應用范圍，可以為從端到邊，再到云的各種硬件提供實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤能力。 采用各種硬件加速器的異構計算已經(jīng)成為了行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，所以世界頂級科技公司紛紛自研采用異構數據處理加速器芯片，也是我國幾家圖形處理器（GPU）開(kāi)發(fā)商從創(chuàng )立那一天就是獨角獸的原因。從目前的發(fā)展趨勢來(lái)看，硬件加速器和異構計算也是我國芯片企業(yè)通過(guò)結合應用場(chǎng)景，走上“換道超車(chē)”的絕好機會(huì )，而不是靠拼成本拼流片補貼的“彎道超車(chē)”。 對硬件數據處理加速器的強烈需求，帶動(dòng)了對Imagination提供的GPU和NNA硅知識產(chǎn)權（IP），以及Achronix提供的eFPGA IP的需求，以及各種采用并行處理架構的xPU的不斷涌現。對算力的渴求是永恒的，但是真正能夠支撐元宇宙的一定是那些高性?xún)r(jià)比、高能效的硬件數據加速器，以及隨著(zhù)應用場(chǎng)景和經(jīng)濟學(xué)模式而演變的技術(shù)產(chǎn)品形態(tài)和相應的運營(yíng)模式。 元宇宙建設仍處于早期階段，對提供相關(guān)解決方案的公司而言，他們需要隨著(zhù)不同的應用市場(chǎng)規模而采用不同形態(tài)的硬件數據加速技術(shù)方案，以實(shí)現最優(yōu)規模經(jīng)濟和業(yè)務(wù)運營(yíng)。以擁有一個(gè)獨有FPGA產(chǎn)品組合的Achronix為例，該公司的產(chǎn)品包括高端的Speedster7t系列FPGA器件、Speedcore eFPGA IP和搭載了該FPGA器件的VectorPath PCIe加速卡。 這樣的FPGA產(chǎn)品組合可使解決方案提供商能夠為其當前的產(chǎn)品和元宇宙運營(yíng)模式選擇合適的硬件加速器，如最早從即刻可用的VectorPath加速卡開(kāi)始開(kāi)發(fā)，然后隨著(zhù)其運營(yíng)規模發(fā)展擴大而采用獨立的Speedster7t FPGA芯片，到其應用規模繼續擴大而采用eFPGA IP產(chǎn)品來(lái)開(kāi)發(fā)自己的SoC產(chǎn)品，在考量了規模經(jīng)濟的同時(shí)，也為其數據加速功能最大限度地重用其FPGA開(kāi)發(fā)成果。
異構計算使越來(lái)越多的SoC正在集成eFPGA等加速器IP 基于硬件的安全和安全性技術(shù) 盡管元宇宙是數字化的、虛擬的世界，但是它將用戶(hù)用于實(shí)時(shí)交易的資產(chǎn)信息和用于交流的隱私信息等全部存放和流通在一個(gè)數字的空間中，因此其數據安全變得比以往更加重要，同時(shí)提供元宇宙相關(guān)環(huán)境的設備的安全性也至關(guān)重要，如智能駕駛或者自動(dòng)駕駛汽車(chē)更需要引入汽車(chē)行業(yè)特有的ISO 26262功能安全標準�；谟布陌踩桶踩约夹g(shù)比軟件方案具有更高的可靠性和實(shí)時(shí)性，因而應用場(chǎng)景會(huì )越來(lái)越多。 安全和安全性是一個(gè)看不到地平線(xiàn)的領(lǐng)域，要求技術(shù)和法律都要“道高一尺魔高一丈式”地不斷完善，我國政府先后出臺了《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò )安全法》、《中華人民共和國密碼法》、《關(guān)鍵信息基礎設施安全保護條例》和《網(wǎng)絡(luò )安全等保護條例》等法律法規，也有了諸如華大電子這種幾十年專(zhuān)注于安全芯片(SE)、因累計銷(xiāo)量近200億顆而名列全球前茅的專(zhuān)業(yè)公司。 因此，在越來(lái)越嚴格的法律環(huán)境中，還面臨著(zhù)越來(lái)越多的“黑客”在尋找著(zhù)漏洞的同時(shí)，無(wú)論是正在增加社交和交易功能的云游戲，還是基于服務(wù)型制造的新消費場(chǎng)景，以及基于數字孿生的新生產(chǎn)和運營(yíng)場(chǎng)景，也不管其真正的元宇宙由誰(shuí)建設、在什么時(shí)候建成，所有這些可能的元宇宙場(chǎng)景都需要信息安全技術(shù)，以覆蓋包括用戶(hù)認證、數字貨幣和資產(chǎn)、以及網(wǎng)絡(luò )連接等，不少場(chǎng)景需要基于硬件的安全技術(shù)。此外，像自動(dòng)駕駛汽車(chē)這樣的元宇宙環(huán)境還需要功能安全性技術(shù)。 作為元宇宙建設的最重要的環(huán)節之一，數字身份認證、數字支付或數字貨幣與用戶(hù)的虛擬資產(chǎn)和資金安全密切相關(guān)，而且國家的數字貨幣推廣應用也箭在弦上。過(guò)去幾年微信、支付寶等基于軟件密碼的支付手段發(fā)展較快，但未來(lái)基于硬件的數字錢(qián)包將會(huì )獲得更快的發(fā)展。2020年，在人民銀行的推動(dòng)下，數字人民幣硬錢(qián)包已亮相于試點(diǎn)應用場(chǎng)景中，相關(guān)技術(shù)將具有廣闊前景。
今年9月，北京中電華大電子設計有限責任公司在于北京舉辦的2021年中國國際服務(wù)貿易交易會(huì )上，發(fā)布了國內首款數字人民幣錢(qián)包芯片產(chǎn)品及方案，為數字人民幣提供了載體；人民銀行將通過(guò)打造多種錢(qián)包產(chǎn)品和開(kāi)放錢(qián)包生態(tài)，實(shí)現數字人民幣線(xiàn)上線(xiàn)下全場(chǎng)景應用。中電華大電子是央企、世界500強中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團旗下港股上市公司中電華大科技（00085.HK）的全資子公司，其基于安全芯片的數字人民幣錢(qián)包方案的發(fā)布，可以折射出數字人民幣正在央行和央企的推動(dòng)下加速進(jìn)入現實(shí)生活和未來(lái)的元宇宙。 在安全網(wǎng)絡(luò )連接方面，可以肯定的是從AR/VR眼鏡及與之相配的運動(dòng)傳感器，或者智能手機等用戶(hù)端，以及機器等設備旁邊的邊緣計算設備連接到云，都需要安全的連接技術(shù)，這就是全球領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)芯片企業(yè)Silicon Labs在率先獲得最高級別物聯(lián)網(wǎng)軟硬件安全保護PSA 3級認證后，其集成Secure Vault安全技術(shù)的EFR32系列無(wú)線(xiàn)SoC在最近兩年獲得諸多行業(yè)大獎的原因。
但是安全和安全性也是一個(gè)不出事就容易被遺忘的領(lǐng)域，近期有很多業(yè)界話(huà)把子都在討論元宇宙，大家提到最多的是從游戲落地，以互動(dòng)性和沉浸式的方式吸引客戶(hù)，并引入社交和交易等功能，很少把安全技術(shù)和數字人民幣放在其中。所以，元宇宙的安全與安全性，理想很豐滿(mǎn)，但道路還非常漫長(cháng)。 新一代通信、連接和時(shí)空信息技術(shù) 元宇宙對新一代通信技術(shù)和通信基礎設施的依賴(lài)不難理解，而對于時(shí)空信息技術(shù)的需求尚未完全浮出水面并成為支撐新應用的新產(chǎn)業(yè)，但是多數時(shí)空技術(shù)都是采用了特定無(wú)線(xiàn)通信中到達時(shí)間（ToA）算法，因此華興萬(wàn)邦將其歸結為一類(lèi)技術(shù)。新一代通信技術(shù)不僅包括5G/6G等低延時(shí)、高可靠和大帶寬無(wú)線(xiàn)通信，以及目前行業(yè)中很熱的基于光通信的400G/800G等高帶寬通信，也需要大量諸如EFR32MG21這樣的獲得PSA 3級或其他安全認證的無(wú)線(xiàn)SoC。 無(wú)論元宇宙數字化程度有多高，都需要多元化的硬件設備來(lái)支撐，尤其是元宇宙的那些工業(yè)和商業(yè)應用。除了設備外部的通信，設備內部和芯片內部的連接技術(shù)也非常值得關(guān)注，這是因為強大的算力需要大帶寬的連接來(lái)幫助數據在芯片內流動(dòng)，以及輸入輸出芯片的高速接口技術(shù)。
Achronix用二維片上網(wǎng)絡(luò )（2D NoC）來(lái)解決芯片高帶寬內部連接問(wèn)題 這已經(jīng)成為高算力處理器的一個(gè)瓶頸，許多公司都在致力于解決這類(lèi)問(wèn)題，如Achronix為其采用臺積電7nm工藝的Speedster7t FPGA芯片配備了二維片上網(wǎng)絡(luò )（2D NoC），其總帶寬超過(guò)20Tbps，可以將大量的數據送達內部處理邏輯陣列和芯片接口。此外，國內公司在高速連接上也在不斷創(chuàng )新，默升科技（Credo）一直是全球領(lǐng)先的SerDes高速接口IP的供應商，并提供完整的光通信芯片解決方案，覆蓋了從25G到800G的全部市場(chǎng)。 華興萬(wàn)邦認為精準的時(shí)空信息是支撐元宇宙的核心信息之一，這其中包括絕對時(shí)空和相對時(shí)空。包括北斗系統的全球導航衛星系統（GNSS）提供的是絕對時(shí)間和空間信息，5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數據中心都離不開(kāi)超精準的絕對時(shí)間，而且還存在大量的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )（TSN）；同時(shí)，被應用于自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的激光雷達超短波雷達是相對位置技術(shù)，也是基于飛行時(shí)間（ToF）的信號處理技術(shù)。 隨著(zhù)自動(dòng)駕駛正在向元宇宙的一個(gè)基礎場(chǎng)景挺進(jìn)，即使采用激光雷達等相對位置技術(shù)，能夠識別車(chē)道的高精度GNSS定位在自動(dòng)駕駛中仍然不可或缺，只是需要地基增強網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)來(lái)實(shí)現更高精度的定位和導航。隨著(zhù)我國北斗衛星導航系統的建成，以及諸如泰斗微電子等國內芯片企業(yè)的快速成長(cháng)，我國已經(jīng)可以以自主科技來(lái)支持精準時(shí)空信息。
泰斗微電子等國內廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)發(fā)了全系列的GNSS定位、導航和授時(shí)芯片及模組 基于飛行時(shí)間（ToF）和其他技術(shù)的相對位置和空間信息技術(shù)也變得日益重要，無(wú)論是游戲、VR/AR、服務(wù)型制造（虛擬體驗+定制消費），還是遠程醫療和教育與工業(yè)數字孿生，以及汽車(chē)和辦公室內的虛擬空間交流，對手勢等體姿識別和精細三維空間定位等技術(shù)都擁有巨大的市場(chǎng)需求；同時(shí)，蘋(píng)果手機等設備也不斷在引入新的相對時(shí)空技術(shù)。當然，諸如自動(dòng)駕駛汽車(chē)等特定元宇宙應用更是將高精度GNSS定位等絕對位置信息，激光雷達、毫米波雷達和智能座艙手勢識別等相對位置信息融合在一起。 結語(yǔ)：元宇宙也要講業(yè)績(jì) 無(wú)論是騰訊和Meta從游戲出發(fā)建設元宇宙，還是服務(wù)型制造研究院在不斷推進(jìn)消費新場(chǎng)景的研究，以及各方造車(chē)勢力加速自動(dòng)駕駛汽車(chē)的開(kāi)發(fā)，這些行業(yè)和市場(chǎng)的元宇宙建設從概念的興起走向產(chǎn)品和內容的上市和普及，都需要我們期盼著(zhù)的許多顛覆性技術(shù)的出現，也需要諸如虛擬偶像網(wǎng)紅帶貨等與元宇宙相關(guān)的一些新的商業(yè)模式盡快形成并落地。
Meta（原Facebook）的股價(jià)在改名前后的元宇宙熱潮中沖高回落 當下元宇宙建設最需要的是技術(shù)創(chuàng )新和商業(yè)模式創(chuàng )新，而不是過(guò)度的炒作。嗅覺(jué)靈敏的國內資本市場(chǎng)對元宇宙反應極為興奮，A股二級市場(chǎng)上形成了元宇宙行情；而在一級市場(chǎng)上，GPU等芯片技術(shù)公司的估值也更是高得驚人。不過(guò)，在納斯達克市場(chǎng)中，從Facebook改名為Meta Platforms并沒(méi)有使其股價(jià)一飛沖天，而是震蕩中下跌；特斯拉的股價(jià)也是在高到馬斯克都要幸福地減持之后，從近期高點(diǎn)回落了20%左右。 同時(shí)，大家也可以去港股看看，除了近期大幅下跌的騰訊和阿里巴巴，其他與元宇宙建設密切相關(guān)的企業(yè)的股價(jià)過(guò)去幾個(gè)月也在下跌。如全資持有華大電子的中電華大科技（00085.HK），盡管是央企、世界500強公司中國電子旗下的安全芯片設計企業(yè)，也是人民銀行支持的數字人民幣錢(qián)包解決方案提供商，但近期的市值一直低于15億港元，市銷(xiāo)率都經(jīng)常在1倍以下。盡管華大電子繼9月初發(fā)布數字人民幣錢(qián)包芯片后，又在今年10月底在深圳一口氣發(fā)布了智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)、電子煙防偽、通用耗材防偽和安全云接入等多款安全芯片產(chǎn)品，但是其市值仍然遠遠低于國內不少營(yíng)業(yè)收入只有其幾分之一的新創(chuàng )芯片公司的估值。 元宇宙會(huì )影響我們很多人的生活從而帶來(lái)新的機會(huì )，但看清趨勢不僅僅是為了炒作，而是要去更清晰地推動(dòng)創(chuàng )新。借用北京華興萬(wàn)邦管理咨詢(xún)有限公司的理念：顛覆不是開(kāi)發(fā)一項技術(shù)去比競品運行得更快，而是用創(chuàng )新技術(shù)去建立一個(gè)讓所有參與者都獲益的新生態(tài)。元宇宙的落地需要新場(chǎng)景，也需要技術(shù)創(chuàng )新。 |
