從去年下半年開始，元宇宙的(de)(de)概念可(ke)謂(wei)是科(ke)技行業的(de)(de)一(yi)個最(zui)大熱點，各大科(ke)技公(gong)(gong)司(si)均紛(fen)紛(fen)宣布大力布局(ju)元宇宙(zhou)。目(mu)前，普遍認(ren)為(wei)AR/VR將會成(cheng)(cheng)為(wei)元宇宙(zhou)的(de)(de)重(zhong)要(yao)入口(kou)，因此(ci)也成(cheng)(cheng)為(wei)了(le)各大公(gong)(gong)司(si)大力投資的(de)(de)領域(yu)(yu)。AR/VR硬(ying)(ying)件(jian)領域(yu)(yu)，Facebook的(de)(de)Quest系列已經成(cheng)(cheng)為(wei)全(quan)球最(zui)受歡迎的(de)(de)VR設備(bei)，而(er)中國(guo)的(de)(de)巨(ju)頭如(ru)字(zi)節(jie)跳動和(he)騰訊在最(zui)近也有大的(de)(de)投資，其中字(zi)節(jie)跳動收(shou)購了(le)中國(guo)公(gong)(gong)司(si)中市場占有率最(zui)高的(de)(de)VR設備(bei)廠商Pico，而(er)騰訊也在最(zui)近收(shou)購了(le)黑鯊，將專(zhuan)注于VR硬(ying)(ying)件(jian)設備(bei)。AR硬(ying)(ying)件(jian)領域(yu)(yu)，去年(nian)下(xia)半年(nian)雷朋和(he)Facebook攜手推出了(le)第一(yi)款(kuan)面向(xiang)大眾的(de)(de)智能眼鏡Ray-ban Stories，中國(guo)的(de)(de)華(hua)為(wei)等公(gong)(gong)司(si)也紛(fen)紛(fen)推出概念原型機，而(er)隨著蘋果的(de)(de)高端AR/VR設備(bei)預(yu)計在2022或2023年(nian)發布，預(yu)計未(wei)來AR硬(ying)(ying)件(jian)也將走上快速(su)成(cheng)(cheng)長的(de)(de)道(dao)路。
ARVR硬件的性能對于能夠支撐的用戶體驗極為關鍵，而其中的芯片也(ye)就(jiu)成(cheng)(cheng)為賦能(neng)其(qi)(qi)硬(ying)件(jian)性能(neng)的(de)核心部件(jian)。目(mu)前(qian)，在(zai)ARVR市場上(shang)，最主要的(de)供(gong)貨商毫(hao)無(wu)疑問是高(gao)(gao)通(tong)，其(qi)(qi)Snapdragon XR系列成(cheng)(cheng)為了目(mu)前(qian)幾乎所有(you)VR設(she)備的(de)選(xuan)擇，而(er)在(zai)去(qu)年(nian)年(nian)底的(de)高(gao)(gao)通(tong)投資日上(shang)，高(gao)(gao)通(tong)CEO Cristiano Amon也(ye)著重強調(diao)了ARVR（XR）市場將成(cheng)(cheng)為高(gao)(gao)通(tong)未來最關(guan)鍵的(de)發力方向之一，并且預計目(mu)前(qian)相關(guan)芯片(pian)在(zai)2021年(nian)已經出貨達到(dao)千萬數量(liang)級。而(er)在(zai)今年(nian)早些時候，高(gao)(gao)通(tong)也(ye)和微軟在(zai)CES 2022上(shang)正式(shi)發布了在(zai)AR領域的(de)合作計劃，其(qi)(qi)中微軟和高(gao)(gao)通(tong)將共同開發定制化的(de)Snapdragon芯片(pian)用于AR眼鏡中，其(qi)(qi)中將進一步包括對于微軟Mesh平(ping)臺(tai)和高(gao)(gao)通(tong)Snapdragon spaces這兩大(da)AR開發平(ping)臺(tai)的(de)支持。
從去年(nian)到今年(nian)的(de)(de)動(dong)態(tai)來看，ARVR芯(xin)片市場(chang)正處(chu)于(yu)高速(su)增(zeng)(zeng)長的(de)(de)階段(duan)，而目前(qian)高通在(zai)這(zhe)個市場(chang)上(shang)幾乎(hu)處(chu)于(yu)壟斷地(di)位。但是，隨(sui)著該市場(chang)規模(mo)的(de)(de)進一步增(zeng)(zeng)長，一定(ding)會(hui)有更(geng)多的(de)(de)芯(xin)片廠(chang)商進入該市場(chang)。
ARVR芯片的技術門檻
ARVR芯(xin)(xin)(xin)片的技術(shu)門檻決定了有多少芯(xin)(xin)(xin)片公(gong)司能進入(ru)該市場競爭。我們不(bu)妨(fang)從(cong)VR芯(xin)(xin)(xin)片技術(shu)開始分析(xi)。
首(shou)先，從架構(gou)上來(lai)說(shuo)，VR芯(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)架構(gou)基本和其他智能設備(bei)的(de)(de)SoC類似，由一(yi)個(ge)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)（AP）來(lai)運(yun)行操作系統并(bing)(bing)且掌控整體硬(ying)件的(de)(de)操作。因此(ci)(ci)，VR芯(xin)片(pian)(pian)首(shou)先需要擁有一(yi)個(ge)較強的(de)(de)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)，但是這一(yi)點(dian)目前來(lai)說(shuo)并(bing)(bing)非高不可攀——ARM的(de)(de)高性能處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)IP的(de)(de)使用和集(ji)成已經成為大多數SoC廠商的(de)(de)標準操作，因此(ci)(ci)我們認為VR芯(xin)片(pian)(pian)中的(de)(de)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)并(bing)(bing)非是一(yi)個(ge)難以(yi)跨(kua)越的(de)(de)門檻。
在(zai)VR SoC的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)眾多(duo)IP中(zhong)，最重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)決定(ding)(ding)用戶(hu)體驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)IP就是(shi)(shi)負責渲(xuan)染和(he)顯(xian)示的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)GPU。目(mu)前(qian)，VR設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)應(ying)用還是(shi)(shi)游(you)(you)戲(xi)，而幾乎所有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)VR游(you)(you)戲(xi)都是(shi)(shi)3D圖(tu)(tu)像(xiang)（因為(wei)3D圖(tu)(tu)像(xiang)能(neng)給用戶(hu)提供最好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沉浸感(gan)體驗(yan)），因此(ci)GPU的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)就決定(ding)(ding)了這些3D游(you)(you)戲(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)邊形數(shu)量(liang)和(he)渲(xuan)染效(xiao)果(guo)。目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)VR游(you)(you)戲(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)3D圖(tu)(tu)像(xiang)質量(liang)大(da)約(yue)相當于10年前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)PC和(he)主機游(you)(you)戲(xi)，因此(ci)隨(sui)著VR游(you)(you)戲(xi)市場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴大(da)和(he)生態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成，游(you)(you)戲(xi)圖(tu)(tu)像(xiang)質量(liang)將會(hui)成為(wei)主機之間競爭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)核(he)心(xin)指標，而這也(ye)將推動對于VR芯(xin)片中(zhong)GPU渲(xuan)染能(neng)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)需求(qiu)。與桌(zhuo)面(mian)級GPU不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)，VR芯(xin)片中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)GPU必須考慮能(neng)效(xiao)比，因為(wei)目(mu)前(qian)主流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)VR設備(bei)都是(shi)(shi)依靠電(dian)(dian)池(chi)來(lai)供電(dian)(dian)，因此(ci)能(neng)效(xiao)比將決定(ding)(ding)VR設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)續航時間，同時也(ye)需要(yao)保(bao)證(zheng)VR設備(bei)散熱沒有問(wen)題。
除了(le)游(you)戲圖像質量之外，VR設(she)備(bei)中用(yong)戶體驗的一(yi)大需求就是分辨率。目前VR設(she)備(bei)中一(yi)個重(zhong)要(yao)的被(bei)用(yong)戶體驗問題就是屏(ping)幕分辨率不夠(gou)所(suo)產生的“紗窗(chuang)效(xiao)應”（即用(yong)戶看到的圖像好像隔了(le)一(yi)層紗窗(chuang)），因(yin)此(ci)VR設(she)備(bei)對于4K甚(shen)(shen)至(zhi)更(geng)高分辨率的需求更(geng)甚(shen)(shen)于手機。因(yin)此(ci)，我們預計(ji)在未來幾年中VR設(she)備(bei)的屏(ping)幕分辨率也將是各(ge)大廠(chang)商競相追(zhui)逐的目標，這也需要(yao)VR芯片(pian)的GPU能有足夠(gou)的性能來支持高分辨率的屏(ping)幕。
在GPU之外，VR芯片中另一個最重要的IP當屬人工智能加(jia)速器。與傳統手(shou)機中不(bu)同，VR設備中的(de)(de)眾多(duo)(duo)交互都(dou)(dou)需要(yao)(yao)人(ren)(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)的(de)(de)介入(ru)。舉例(li)來(lai)說，VR設備一個(ge)(ge)重要(yao)(yao)的(de)(de)需求就是設備和(he)用(yong)(yong)戶的(de)(de)定(ding)位和(he)追蹤，并(bing)且把這個(ge)(ge)信息融合(he)到游戲的(de)(de)虛擬環境(jing)中，這就需要(yao)(yao)使(shi)用(yong)(yong)人(ren)(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)中的(de)(de)SLAM技(ji)(ji)術(shu)才能(neng)高質量(liang)地(di)實現。另外，目前VR設備中，交互越來(lai)越多(duo)(duo)地(di)使(shi)用(yong)(yong)手(shou)部(bu)追蹤和(he)眼部(bu)追蹤等先(xian)進技(ji)(ji)術(shu)來(lai)實現自然的(de)(de)交互，而這些追蹤都(dou)(dou)需要(yao)(yao)使(shi)用(yong)(yong)人(ren)(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)模(mo)型，而且隨著追蹤精(jing)度(du)的(de)(de)增(zeng)加(jia)，模(mo)型需要(yao)(yao)的(de)(de)算(suan)力(li)(li)也在上升(sheng)。最后(hou)，人(ren)(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)也是一個(ge)(ge)解決GPU渲(xuan)染(ran)能(neng)力(li)(li)瓶頸的(de)(de)重要(yao)(yao)技(ji)(ji)術(shu)。屏幕(mu)分辨率上升(sheng)和(he)用(yong)(yong)戶對于圖像(xiang)質量(liang)的(de)(de)追求給GPU很大的(de)(de)壓力(li)(li)，但是事實上用(yong)(yong)戶在同一時間并(bing)不(bu)會(hui)注意到屏幕(mu)上所有的(de)(de)像(xiang)素(su)點，而只會(hui)關注他(ta)們眼睛聚焦(jiao)(jiao)地(di)方附近的(de)(de)像(xiang)素(su)點。因(yin)此，一個(ge)(ge)技(ji)(ji)術(shu)解決方案(an)就是選擇性渲(xuan)染(ran)（foveated rendering），即使(shi)用(yong)(yong)眼部(bu)追蹤技(ji)(ji)術(shu)結合(he)人(ren)(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)模(mo)型來(lai)判斷用(yong)(yong)戶眼睛聚焦(jiao)(jiao)的(de)(de)位置并(bing)且在相應的(de)(de)地(di)方做高質量(liang)渲(xuan)染(ran)，而在用(yong)(yong)戶關注不(bu)到的(de)(de)地(di)方則可(ke)以降低渲(xuan)染(ran)質量(liang)，從(cong)而減輕GPU的(de)(de)壓力(li)(li)。目前，該技(ji)(ji)術(shu)已經使(shi)用(yong)(yong)在了Sony的(de)(de)PSVR2中，未(wei)來(lai)可(ke)望會(hui)用(yong)(yong)到更(geng)多(duo)(duo)的(de)(de)VR設備中。
從上面(mian)這(zhe)些分(fen)析(xi)中，我們可(ke)以看到VR設備中的(de)人(ren)工智能(neng)甚至比起在(zai)手機中更重(zhong)要，因(yin)為這(zhe)些人(ren)工智能(neng)模(mo)型首(shou)先是賦能(neng)用(yong)戶(hu)體驗重(zhong)要特性的(de)關鍵(jian)，同時也必須實時運(yun)行在(zai)VR設備中，而難以依(yi)靠云技(ji)術。這(zhe)些人(ren)工智能(neng)模(mo)型的(de)復(fu)雜度(du)決定了(le)VR芯片(pian)上必須有一個足(zu)夠強力的(de)人(ren)工智能(neng)加速器，同時擁有強算(suan)力和很好的(de)能(neng)效比，才能(neng)支持(chi)這(zhe)些應(ying)用(yong)。
除了GPU和人(ren)工(gong)智能之外(wai)，無線連接(jie)也是VR芯片中較為重(zhong)要的部分。對(dui)于一(yi)些高(gao)質量游(you)戲，目前的主流做法是讓游(you)戲運(yun)行在桌面(mian)計(ji)算(suan)機上(shang)，同時把圖像通過串流（stream）的方(fang)式傳送給VR設(she)備，而(er)這也就需(xu)要穩定和高(gao)速的WiFi連接(jie)。
今天來看VR芯(xin)片(pian)的(de)(de)(de)需求和(he)門檻(jian)已經較為(wei)明(ming)確，而相(xiang)對(dui)而言AR芯(xin)片(pian)還處于(yu)較早期。與(yu)VR相(xiang)比，AR眼(yan)睛(jing)無需連(lian)續運行大(da)量的(de)(de)(de)圖像渲染(ran)(ran)，但是(shi)(shi)需要(yao)能(neng)實現全天候佩戴，而且對(dui)于(yu)重量有非常(chang)嚴格(ge)的(de)(de)(de)需求（例如重量與(yu)一般的(de)(de)(de)墨鏡(jing)相(xiang)當(dang)），這就進一步限(xian)制了眼(yan)睛(jing)上的(de)(de)(de)電池容量，因(yin)此(ci)對(dui)于(yu)芯(xin)片(pian)來說會需要(yao)更進一步做(zuo)低功耗優化(hua)。無論從Magic Leap還是(shi)(shi)微軟的(de)(de)(de)Hololens來看，AR圖像渲染(ran)(ran)也是(shi)(shi)AR眼(yan)鏡(jing)中一個極其(qi)重要(yao)的(de)(de)(de)用(yong)戶體驗，因(yin)此(ci)對(dui)AR芯(xin)片(pian)的(de)(de)(de)GPU將是(shi)(shi)一個挑戰，即如何(he)平衡渲染(ran)(ran)能(neng)力和(he)功耗。人工智能(neng)也是(shi)(shi)類(lei)似，AR眼(yan)鏡(jing)也需要(yao)對(dui)用(yong)戶做(zuo)SLAM，并且也需要(yao)支持手部追(zhui)蹤這樣的(de)(de)(de)交互，因(yin)此(ci)我們(men)認(ren)為(wei)AR芯(xin)片(pian)可以認(ren)為(wei)是(shi)(shi)更低功耗版的(de)(de)(de)VR芯(xin)片(pian)。
ARVR芯片與中國
目前，ARVR芯(xin)片(pian)主要還是(shi)高通占絕(jue)對的(de)(de)領(ling)先(xian)地位，但(dan)是(shi)隨著ARVR市場(chang)的(de)(de)進一步(bu)成熟，我們認(ren)為(wei)中國的(de)(de)芯(xin)片(pian)公司有相當的(de)(de)機會。
我(wo)們(men)認為，ARVR芯(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)基本架構與(yu)智能(neng)手機(ji)芯(xin)片(pian)(pian)類似，只是(shi)其(qi)中的(de)(de)IP的(de)(de)性能(neng)需求和重要性與(yu)智能(neng)手機(ji)芯(xin)片(pian)(pian)略有(you)不同。例如，蜂(feng)窩(wo)網絡(luo)(luo)modem是(shi)智能(neng)手機(ji)芯(xin)片(pian)(pian)中的(de)(de)絕對核心，同時也是(shi)中國(guo)(guo)芯(xin)片(pian)(pian)行業(ye)花了(le)非常久時間才逐漸追上的(de)(de)領域，但是(shi)在ARVR中蜂(feng)窩(wo)無線網絡(luo)(luo)并非必選項；相反，ARVR芯(xin)片(pian)(pian)中最(zui)關(guan)鍵的(de)(de)AP、GPU、人工(gong)智能(neng)加速等IP中國(guo)(guo)的(de)(de)芯(xin)片(pian)(pian)公(gong)(gong)司都已經有(you)相當(dang)多(duo)的(de)(de)經驗(yan)，因此(ci)我(wo)們(men)認為從設計角(jiao)度來(lai)(lai)說，只要中國(guo)(guo)的(de)(de)芯(xin)片(pian)(pian)公(gong)(gong)司能(neng)夠和相關(guan)的(de)(de)ARVR設備公(gong)(gong)司合作來(lai)(lai)深入(ru)理(li)解芯(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)具體需求，我(wo)們(men)對于中國(guo)(guo)芯(xin)片(pian)(pian)公(gong)(gong)司能(neng)在未(wei)來(lai)(lai)幾年內進入(ru)ARVR領域持樂觀態度。
另(ling)(ling)一(yi)(yi)(yi)個角度來看，由于ARVR芯(xin)(xin)片對于芯(xin)(xin)片的功耗和(he)能(neng)(neng)效(xiao)比有很強的需求，因此先進的半(ban)(ban)導體工藝將(jiang)會對于這(zhe)類高能(neng)(neng)效(xiao)比芯(xin)(xin)片有很大(da)幫助，預計未來幾年內都會使(shi)用最新的半(ban)(ban)導體工藝（7nm及以下）來制造(zao)。從(cong)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)點上(shang)中國(guo)的半(ban)(ban)導體制造(zao)還需要進一(yi)(yi)(yi)步(bu)追趕才能(neng)(neng)從(cong)ARVR芯(xin)(xin)片的發展(zhan)中獲得收(shou)益，其中不僅僅包(bao)括(kuo)半(ban)(ban)導體芯(xin)(xin)片制造(zao)工藝，還包(bao)括(kuo)高級(ji)封裝這(zhe)類能(neng)(neng)從(cong)另(ling)(ling)一(yi)(yi)(yi)個維度提高整體系統能(neng)(neng)效(xiao)比的核心技術。
