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Meta元宇宙将采用博通定制ASIC芯片,VR/AR还会带火哪些硬件?

时间:2022-06-02 00:11:48 作者:EETimes China 阅读:
芯片是元宇宙的“基础粮食”,虚拟世界的云计算离不开具备强大算力的GPU/CPU,终端方面则需要能效更高的ASIC。如今虽然高通针对VR/AR 产品所设计的XR2芯片大获成功,但苹果、Meta、Magic Leap 等行业巨头仍在走自研和定制芯片路线,与通用处理器相比,ASIC能够为高效地执行特定任务提供算力……
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5月31日晚间,摩根大通(J.P. Morgan)分析师表示,Facebook母公司Meta Platforms将使用博通公司(Broadcom)的定制芯片来生产其“元宇宙”硬件。这意味着,Meta Platforms将成为博通的“下一个十亿美元”ASIC(专用集成电路)客户。 

其实早在2019年,Facebook就曾与英特尔、高通和博通合作,一起开发用于人工智能推理和视频转码的半定制ASIC(专用集成电路)芯片,提升芯片的性能、功耗和效率。去年9月,据美国技术媒体The Information报道,Facebook正在开发新的机器学习芯片,其中一款AI推理芯片主要用于推荐算法等;另一款则主要进行视频转码任务,提高Facebook用户观看录制和直播视频的质量。可见这次与博通在元宇宙上的合作,是早有基础的。

摩根大通分析师哈兰·苏尔(Harlan Sur)称:“我们认为,这些合同主要是5纳米和3纳米工艺,将用于支持Meta的元宇宙硬件架构。”当前,Meta正在元宇宙领域投入巨资,试图构建这一人们互动、工作和娱乐的虚拟空间,并通过向硬件设备添加新功能来充当虚拟世界的接入点。

芯片是元宇宙的“基础粮食”

纵观元宇宙,主要可以为四个方面,即硬件、软件、服务、内容和应用。当中给予元宇宙和现实世界之间连接的主要是硬件。越加先进的硬件会使得人们能够在元宇宙有更好的体验以及让元宇宙产业链成熟化。Meta目前正在为元宇宙开发一系列硬件产品,包括智能眼镜和虚拟现实(VR)头显。此外,Meta还开设了第一家实体店,购物者可以在那里试用这些设备和其他设备。

芯片是元宇宙的“基础粮食”, 数据量爆发导致算力需求激增,所以虚拟世界的云计算离不开强大的运算能力,云端硬件是元宇宙最重要的基础设施之一。依靠普通计算机设备来运行元宇宙庞大的代码是不现实的,背后更多要依靠数据中心进行顶点处理、光栅化、纹理贴图等高级图形处理。元宇宙终端设备将需要计算的程序上传到云端,然后通过强大的数据处理,最后再传输回来给用户端。

越加强大的数据中心意味着更快的处理能力,这将会大大提升元宇宙的质感以及流畅度,目前无论在训练还是推理方面都还是GPU的天下,占据90%以上的市场份额。但是预计未来,GPU, FPGA(现场可编程门列阵),ASIC等其他类型加速芯片或将呈现并行态势。预计到 2025 年,其他类型加速芯片的市场份额过 20%。

2021年,英伟达、AMD等企业相继宣布未来会为元宇宙提供基础技术。AMD还官宣Meta成为其业务伙伴,未来Meta将会采购AMD的芯片来满足从“社交媒体”转型为“元宇宙”公司后对于数据中心以及算力的庞大需求。

除了云端硬件,VR/AR设备是元宇宙体系中,最直接面向用户的终端硬件,早些年一直不温不火,所以配套的供应链一直少有原厂为其专门量身打造,而是依赖手机产业。例如2018 年, Oculus 和小米联手推出了 VR 一体机产品 Oculus Go(国内叫小米 VR 一体机),这款机器使用的是高通2016年推出的移动平台处理器旗舰芯片骁龙 821;2014年,Oculus Rift DK2的荧幕采用三星 Galaxy Note 3 的屏幕。

根据IDC最新预测数据,2021年全球AR/VR总投资规模接近146.7亿美元,并有望在2026年增至747.3亿美元,五年复合增长率(CAGR)将达38.5%。其中2021年随着头部互联网公司入局,中国AR/VR市场被注入了巨大活力,中国市场五年CAGR预计将达43.8%,增速位列全球第一。

通用芯片 VS 专用定制芯片

随着市场的扩大,VR/AR 产品专用芯片获得了蓬勃发展。2018年,高通发布针对VR/AR 产品所设计的XR 1芯片,Oculus Quest 2采用的则是高通第二代的XR2芯片,采用7nm工艺。Oculus Quest 2的大卖也促使高通逐渐在VR/AR 产业链发力,传闻在XR2 成功之后,高通还成立了专门的团队持续设计针对 VR / AR 设备的芯片,目前高通在主机芯片中市场份额预计超90%。

另一方面,苹果、Meta、Magic Leap 等行业巨头也在走自研和定制VR/AR芯片路线。据外媒报道,苹果在 2020 年已经完成 VR/AR 芯片的设计,并委托台积电用 5nm工艺代工生产;彭博社此前报道称,Facebookk已聘请谷歌芯片设计团队的前负责人Shahriar Rabii来领导VR/AR芯片设计工作。

这些公司自研的芯片最主要是ASIC——为了某种特定的需求而专门定制的芯片,与通用处理器相比,旨在为高效地执行特定任务提供算力;与用于云端的处理器相比,ASIC主要专注在终端设备上进行边缘计算,辅以各终端厂商自己或与平台公司定制的算法。

Facebook的工程师在一篇博客中写道,该公司正在大力投资半定制ASIC芯片。相比通用芯片,这些半定制ASIC芯片可以处理30倍以上的人工智能任务。此外,半定制ASIC芯片的能效也要更高,Meta正在把Facebook上应用成熟的技术,搬到元宇宙中。

相比集中式云计算存在的实时性缺乏、带宽不足和数据安全等问题,边缘计算能够很好的补足,将中心云下沉至用户端,实现更低时延、更低传输成本、更安全的算力输出。这也是AR/VR终端大厂发力自研或定制ASIC的原因,未来云计算 + 边缘计算的新型算力处理模式将逐步取代集中式算力处理模式,提高边缘测算力处理能力并达到算力服务分布式发展,为元宇宙时代的各场景应用提供更广泛可靠的算力基础。

资料来源:国家工信安全中心,中国信通院云计算白皮书,中泰证券研究所

AR/VR还需要什么其他硬件?

算法则更多是从软件层面构筑引擎,定义虚拟世界中的基础规则和呈现方式,包括“光影效果”、“动画系统”和“物理系统”等。早期的虚拟世界设计通常由大型公司自己进行,通常都是自有的封闭引擎;随着虚拟世界的开发人员的不断增多与虚拟世界产业的不断壮大,很多优秀的引擎选择平台化发展战略来降低开发门槛,让更多中小创作者有能力来进行高逼真度或者是更加宏大的虚拟世界的创作,促进了UGC的发展。其中比较有名的为Unity和Unreal引擎。

云端和终端之间的通信传输,终端和人之间的交互,也需要硬件支持。目前云到端分为有线和无线两种链接方式,有线连接已迭代至USB3.0+,未来有望进一步提升传输速率,特种光纤等材质有望加速渗透;无线方面Wi-Fi 5+蓝牙已成为当前一体式VR设备的标配(Wi-Fi用于低延时高速率数据传输,蓝牙支持低功耗信号传输),预计后续WiFi 6/6E/7、蓝牙5.2/5.3+BLE将持续渗透,进一步向低功耗、低时延发展。往更远来看,5G技术将逐步成为主流,因为低延迟是确保沉浸感的重要因素,也是元宇宙随时可获得性的保证,未来6G技术有望进一步促进真实物理世界与虚拟数字世界的深度融合。

交互方面,目前主流以单一头显捕捉为主,与其他设备联动捕捉进行交互仍较局限。当前头部+手部6自由度方案(6DoF),头部6DoF一般采用摄像头+IMU(惯性传感器)方案,手部6DoF则是光学方案(摄像头+红外)。预计未来交互方案将持续在头显捕捉和联动捕捉上升级,头显捕捉方面包括眼动追踪、RGB摄像头、3D摄像头、手势识别等;联动捕捉方面包括VR设备和手表/手环、汽车、手套等其他设备协作,升级核心在于丰富交互方式,提升使用沉浸感。另外脑机接口技术正在开发中,作为人与虚拟世界的连接器,这类设备将极大地促进虚拟世界的沉浸性。

其他相关硬件还有终端设备上的光学器件,如Fast-LCD/ Micro LED屏幕、菲涅耳透镜、折叠光路、光波导等,音视频处理和传输芯片,精准定位和捕捉系统(UWB),存储等。

目前主流VR产品已可实现空间音频,但音频相对图像延迟时间仍需优化。未来在算力、多麦克风、算法等搭配下,主动降噪、自适应均衡、通话降噪有望快速渗透,对相关芯片算力和传感器性能提出更高要求。

存储方面,一体机设备存储成本占比约15%,未来预计一体机占比将提升,同时单机容量需求提升,VR领域NAND Flash需求增长趋势确定,但市场总量相对偏小。

在产权规则和应用场景上,还会涉及到区块链、数字货币支付系统和一些远程展示相关硬件,本文不详细展开。

元宇宙的六边形模型

不止博通,整条产业链都将受益

自2016年以来,博通和谷歌母公司一直在共同开发用于机器学习任务的定制芯片。摩根大通预计,今年这项合作的规模将超过13亿美元。

得益于博通与Meta的交易,以及与Alphabet和微软的合作伙伴关系,ASIC芯片今年将为博通带来20亿美元至25亿美元的收入。苏尔还补充说,继谷歌之后,Meta将在未来的3~4年内,成为博通的“下一个每年贡献10亿美元”的ASIC客户。

苏尔认为,博通今年将加强与Meta和微软在ASIC领域的及合作。去年,在博通近275亿美元的营收中,半导体解决方案业务(主要生产定制芯片)贡献了70%以上。

从上文分析我们也看出,如果元宇宙的构想真能成型,收益的不单单是博通,整条产业链上的芯片和硬件公司都会收获一个全新的增长点。

本文内容参考IDC、The Information、零一财经、新浪科技、摩根大通、东吴证券、中泰证券报道

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