元宇宙铸“芯”：道阻且长

元宇宙铸“芯”：道阻且长 字体： 小 中 大 分享到： 元宇宙铸“芯”：道阻且长 2022-03-03 08:04:31 来源：中国电子报

在元宇宙中，要想实现一滴水在场景上的逼真反映和烟熏雪茄燃烧的艺术效果，需要将芯片的计算能力提高几千万倍，图像处理能力扩大几千万倍。作为人们对数字世界的终极想象，元宇宙的舞台足够大，技术挑战无限高。在通往超宇宙的道路上，芯片是坚实的路基和坚实的基础。为此，《中国电子报》记者采访了英特尔、英伟达、高通等芯片厂商，看看他们是如何漂洋过海，在构建元宇宙“核心”时各显神通的。

元宇宙芯片的计算能力将提升数千倍。

在2021年4月的GTC在线峰会上，英伟达CEO黄仁勋在他的签名“厨房演讲”中使用了大约14秒的“虚拟厨房”和“数字身体替身”，引起了全球媒体的热议。这个“小魔术”是通过一系列图像处理技术来完成的，比如3D扫描、语音驱动的人物嘴型和动作、服装等实物材料的还原、厨房建模、视觉预览等等。这些动作的基础是GPU。

“元宇宙首先要有可视化因素。可视化需要一个基于物理，也就是图形技术，有正确光照和材质的模拟环境。基于RTX (Nvidia的设计与可视化技术)实时光线追踪技术，我们实现了以前需要大量集群离线渲染的影视级别的实时渲染，RTX技术及其对应的硬件加速单元RT Core应运而生。”英伟达专业可视化亚太业务负责人沈威在接受《中国电子报》专访时表示。

要实现《雪崩》中描述的元宇宙中“每一滴水都反映办公室窗户的还原反射”的真实感，对GPU的光线追踪和特征还原能力提出了前所未有的要求。“元宇宙需要映射真实的物理世界，其中有大量的物理计算，比如空气溶胶粒子爆炸等特效，这些都是应用CUDA(NVIDIA推出的并行计算平台和编程模型)通用计算模型的背后。”沈威说。

事实上，在《雪崩》设想的元宇宙中，模拟雪茄烟雾所需的计算能力堪比“模拟整个地球的天气系统”。在日本作家铃木康司的科幻小说《圈》中，允许用户通过VR头盔和数据手套，以指定人物的视角访问自己生活的虚拟世界“圈”，并以包含128万台超级计算机的超级计算集群作为计算基地。

英特尔高级副总裁兼加速计算系统和图形事业部总经理Raja Koduri认为，为了忠实再现《雪崩》中的元宇宙体验，现有芯片的计算性能应该提高1000倍。“我们必须以相同甚至更低的能耗实现1000倍的计算能力提升。按照摩尔定律的增长曲线，未来五年可以实现8 ~ 10倍左右的增长。因此，算法、架构、神经网络算法等。都应该在提高计算效率方面发挥作用。”拉贾·科杜里说。

关于Raja Koduri的目标，英特尔相关负责人对《中国电子报》记者表示，这是一个从E级计算到Z级计算的过程。

“从2022年的ExaFLOPS(每秒1018次浮点运算)到2028年的ZettaFLOPS(每秒1021次浮点运算)——也就是现有的性能将提升1000倍左右。这条发展路径将全面提升架构、电源散热、数据传输、工艺技术等领域。”该负责人指出。

具体来说，英特尔在提升计算能力和构建计算能力基础方面有三个关键点。一是提供更核心的晶体管小型化技术，二是提高功率器件领域的半导体性能和内存增益，三是探索物理学新概念重新定义计算。“我们已经勾勒出未来技术的发展方向，即通过混合键合，封装内的互连密度将提高10倍以上，晶体管的缩小面积将增加30%至50%，全新的功率器件和存储技术将取得重大突破。由物理学新概念衍生出的新技术可能会在未来重新定义计算。”英特尔相关负责人表示。

Meta NVIDIA将建造世界上最快的人工智能超级计算机

2021年12月，百度在元宇宙平台“西让”举办百度AI开发者大会。基于数据传输算法优化、局部渲染引擎优化和声学特性建模，百度构建了可容纳10万人的元宇宙超级会议厅，可实现10万人同屏互动、互见，用户还可听到实时背景音和空音效。

今年1月，Meta宣布设计并建造了当今最快的AI超级计算机(以下简称RSC)之一。当它在2022年中期完成时，它将成为世界上最快的人工智能超级计算机。

RSC将帮助Meta的AI研究人员建立从数万亿个例子中学习的AI模型，跨数百种语言工作，无缝分析文本、图像和视频，并开发新的AR工具。Metarsc希望帮助建立一个全新的AI系统。比如为一大群使用不同语言的人提供实时语音翻译，让他们无缝协作或者一起玩AR游戏，最终为元宇宙的构建做铺垫。

目前，这台AI超级计算机已经部署了760个英伟达DGX A100系统作为计算节点，共有6080个英伟达A100 GPU。在今年晚些时候的第二阶段，RSC将扩展到16，000个GPU，提供高达500亿次混合精密AI计算性能。

据了解，Meta与英伟达联合打造的大型AI研究超级计算机是迄今为止最大的英伟达DGX A100系统。该系统实现了上千个GPU集群的系统优化，可以训练超过1万亿个参数的AI模型，并承担非法内容的实时识别。

AI是实现元宇宙级别的高度仿真和模型创建必不可少的基础设施。AI模型的识别处理能力，可以进行精细复杂的图像处理，让创作者更高效的生产内容。AI的算法调优能力可以提升视觉、听觉和交互体验。同时，具有自我监督学习能力的AI可以通过大量的文本训练识别有害信息，保护元宇宙的安全。

“无论是无人驾驶中的物体视觉识别、自然语言处理，还是Omniverse(英伟达的3D模拟与协作平台)中通过AI驱动面部表情，背后都使用了AI技术，使创作者摆脱了大量重复性工作，更好地参与虚拟世界和元宇宙的构建。”沈威告诉记者。

平台芯片将是元宇宙的终极战场？

无论是想进入《雪崩》的元宇宙，还是科幻电影《Ready Player One》中的虚拟游戏世界绿洲，《环界》中的人工生命计划“环”，以及《三体》中模拟地外文明的游戏“三体”，一副“头戴屏幕”、“电脑目镜”、“显示头盔”等各种名称的VR头盔都是不可或缺的“入场券”。

高通科技公司中国区XR业务负责人郭鹏在接受《中国电子报》专访时表示，无论元宇宙会发展成什么样的形态，人们都将需要终端来连接物理空房间和数字空房间，把每个人带入虚拟现实。

“超宇宙是一个永恒的'空互联网'，它可以连接现实世界和虚拟世界，创造个性化的数字体验，在其中人和万物可以无缝交流和互动。人们将通过智能手机、PC、AR/VR终端等计算终端进入全面反映现实生活的元宇宙。在元宇宙中，大量用户和企业可以在2D和3D中探索、创造和参与各种日常体验和社区及经济活动。”郭鹏指出。

长期以来，XR(VR/AR/MR)终端都采用手机SoC作为主处理器。随着XR设备规格的不断优化，对视场、分辨率、刷新率、用户感知、环境感知和定位技术的要求也在不断提高，更好满足XR性能和功耗要求的专用处理器被提上日程。

2018年5月，高通推出骁龙XR1平台，这是全球首个XR专用平台。2019年12月，高通推出了全球首个5G XR平台——骁龙XR2平台。骁龙XR2支持5G连接，每眼90 fps 3K &次；3K分辨率和七个平行摄像头，并有一个特殊的处理器用于计算机视觉。目前已经发布了50多款搭载骁龙平台的VR和AR终端。2020年5月，海斯发布XR芯片平台，推出首款可支持8K解码能力、集成GPU和NPU、支持一只眼睛42.7PDD(每度像素)的XR芯片。

在芯片平台的基础上，元宇宙体验的构建还需要产业链各环节的协同运作，如渲染引擎、内容生态提供商、互联网公司、社交娱乐企业等。郭鹏表示，高通是全产业链底层技术的提供者，主要从四个层面支撑元宇宙的建设和发展。首先是给厂商提供一个专用的芯片平台，可以解决XR设备的技术问题；其次，构建基于XR专用平台的参考设计，帮助合作伙伴加速终端大规模商用；第三，针对XR领域的技术挑战，提供软件、空互算算法和架构；最后，推出一系列软硬件生态系统计划，减轻合作伙伴在产品商业化过程中的负担。

芯片的性能构建完成后，如何有效交付，方便软件开发者、程序员、创作者以“黑盒”的方式使用，不亚于芯片制造本身的重中之重。为此，英特尔、英伟达和高通都为元宇宙构建了丰富的芯片平台，让开发者更高效地调用芯片性能。

在英特尔的技术理念中，支持元宇宙的技术基石可以概括为三个层次。是元智能层(meta-intelligence layer)，旨在提供统一的编程模型和开放的软件开发工具和库，让开发者可以更轻松地部署复杂的应用。是二进制操作层，专注于将本地级别之外的可用计算能力交付给用户。就是三元计算层，提供了实现元宇宙体验所需的原始动力。

目前，英特尔已经在计算层面形成了XPU异构计算战略，包括CPU、GPU、FPGA、AI芯片等加速器，以合适的架构匹配工作负载，满足日益增长的计算能力需求。在异构平台上，硬件性能需要由软件来释放。Intel基于oneAPI提供了一个开放的、基于标准的编程环境，打破了封闭编程模型的限制，支持各种平台和架构的编程需求。

Omniverse平台被英伟达定义为“工程师的元宇宙”，它封装并交付实时光线追踪、AI和计算(CUDA)等图形能力。沈威表示，Omniverse已经成为构建元宇宙或虚拟世界的技术解决方案，这将有助于形成一个基于Omniverse并具有强大计算能力支持和先进硬件基础的元宇宙系统。“在Omniverse构建的未来世界中，所有部件都将由AI计算系统驱动和处理，该系统可以处理其所需的信息，如视觉信息、传感器信息、物理信息和自动化智能。”沈威说。

高通还为元宇宙所需的空计算提供了两个级别的芯片和软件算法。第一个层次是“我在哪里，我在做什么”，即手势、眼球、表情、腿部定位等用户头部自由定位、手柄定位、身体感知的基础技术。第二个层次是空之间的方位，也就是对环境的感知。基于以上技术支持，高通可以更高效地支持开发者将虚拟物体放到现实世界中，并与现实世界融合。2021年11月，高通还推出了头戴式AR开发套件骁龙空间XR开发者平台，为开发者提供实现创意的工具，让头戴式AR成为可能。(记者张欣怡)

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