從去年下半年開始，元宇宙的(de)(de)(de)概念(nian)可謂是科(ke)技(ji)行(xing)業的(de)(de)(de)一個最大(da)熱點，各(ge)大(da)科(ke)技(ji)公(gong)(gong)司(si)(si)均紛(fen)(fen)紛(fen)(fen)宣布(bu)大(da)力布(bu)局元宇宙。目前，普(pu)遍(bian)認(ren)為AR/VR將(jiang)(jiang)會成為元宇宙的(de)(de)(de)重要入口，因此也成為了(le)各(ge)大(da)公(gong)(gong)司(si)(si)大(da)力投資的(de)(de)(de)領域。AR/VR硬(ying)件領域，Facebook的(de)(de)(de)Quest系列已經成為全球(qiu)最受歡迎的(de)(de)(de)VR設(she)備(bei)(bei)，而(er)中國(guo)(guo)的(de)(de)(de)巨頭如字節(jie)跳動和騰(teng)訊在(zai)(zai)最近(jin)也有大(da)的(de)(de)(de)投資，其中字節(jie)跳動收購了(le)中國(guo)(guo)公(gong)(gong)司(si)(si)中市場占有率最高的(de)(de)(de)VR設(she)備(bei)(bei)廠商Pico，而(er)騰(teng)訊也在(zai)(zai)最近(jin)收購了(le)黑鯊(sha)，將(jiang)(jiang)專(zhuan)注于VR硬(ying)件設(she)備(bei)(bei)。AR硬(ying)件領域，去年下半(ban)年雷朋和Facebook攜手(shou)推(tui)出了(le)第一款面向大(da)眾(zhong)的(de)(de)(de)智能眼鏡Ray-ban Stories，中國(guo)(guo)的(de)(de)(de)華為等公(gong)(gong)司(si)(si)也紛(fen)(fen)紛(fen)(fen)推(tui)出概念(nian)原型機，而(er)隨著(zhu)蘋(pin)果(guo)的(de)(de)(de)高端AR/VR設(she)備(bei)(bei)預(yu)計(ji)在(zai)(zai)2022或2023年發布(bu)，預(yu)計(ji)未來AR硬(ying)件也將(jiang)(jiang)走(zou)上快速成長的(de)(de)(de)道路。
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)就成(cheng)(cheng)為賦能(neng)其硬件性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)核心部(bu)件。目前，在(zai)(zai)ARVR市(shi)場上，最(zui)主要的(de)(de)(de)供貨商毫無疑問是高(gao)(gao)通(tong)(tong)(tong)，其Snapdragon XR系列成(cheng)(cheng)為了(le)目前幾(ji)乎所有(you)VR設(she)備的(de)(de)(de)選擇，而在(zai)(zai)去年年底(di)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)通(tong)(tong)(tong)投資日上，高(gao)(gao)通(tong)(tong)(tong)CEO Cristiano Amon也(ye)著重強調了(le)ARVR（XR）市(shi)場將成(cheng)(cheng)為高(gao)(gao)通(tong)(tong)(tong)未來最(zui)關鍵的(de)(de)(de)發(fa)(fa)力方(fang)向之(zhi)一(yi)，并且預計目前相(xiang)關芯(xin)片(pian)在(zai)(zai)2021年已(yi)經出貨達到千萬數量級(ji)。而在(zai)(zai)今(jin)年早些時候，高(gao)(gao)通(tong)(tong)(tong)也(ye)和(he)微(wei)軟(ruan)(ruan)在(zai)(zai)CES 2022上正式發(fa)(fa)布了(le)在(zai)(zai)AR領(ling)域的(de)(de)(de)合作(zuo)計劃(hua)，其中微(wei)軟(ruan)(ruan)和(he)高(gao)(gao)通(tong)(tong)(tong)將共同開發(fa)(fa)定制化(hua)的(de)(de)(de)Snapdragon芯(xin)片(pian)用(yong)于AR眼(yan)鏡中，其中將進一(yi)步包括對于微(wei)軟(ruan)(ruan)Mesh平(ping)臺和(he)高(gao)(gao)通(tong)(tong)(tong)Snapdragon spaces這兩大(da)AR開發(fa)(fa)平(ping)臺的(de)(de)(de)支持。
從去年(nian)到今年(nian)的(de)動態來(lai)看，ARVR芯片市(shi)場正處于高速增長的(de)階(jie)段，而(er)目前高通在這(zhe)個市(shi)場上幾乎處于壟(long)斷地位。但是，隨著(zhu)該市(shi)場規模的(de)進一(yi)步增長，一(yi)定(ding)會有更多的(de)芯片廠商進入該市(shi)場。
ARVR芯片的技術門檻
ARVR芯片(pian)的(de)技術門檻決定了有多少芯片(pian)公司能進入該市場競爭。我們不妨(fang)從(cong)VR芯片(pian)技術開始分析。
首先，從架構(gou)上來說(shuo)，VR芯片的(de)(de)架構(gou)基本和其他(ta)智能設(she)備的(de)(de)SoC類似，由(you)一(yi)個(ge)處理器(qi)(qi)（AP）來運行操(cao)作系(xi)統(tong)并(bing)且掌控整體(ti)硬(ying)件的(de)(de)操(cao)作。因此，VR芯片首先需要(yao)擁有一(yi)個(ge)較強的(de)(de)處理器(qi)(qi)，但是(shi)這一(yi)點目前來說(shuo)并(bing)非(fei)高不(bu)可攀(pan)——ARM的(de)(de)高性能處理器(qi)(qi)IP的(de)(de)使(shi)用和集成已經成為大多數SoC廠(chang)商的(de)(de)標準操(cao)作，因此我們認為VR芯片中的(de)(de)處理器(qi)(qi)并(bing)非(fei)是(shi)一(yi)個(ge)難以跨越的(de)(de)門檻。
在VR SoC的(de)(de)(de)(de)眾多IP中，最(zui)(zui)重要的(de)(de)(de)(de)決定用(yong)戶(hu)體(ti)驗的(de)(de)(de)(de)IP就(jiu)是(shi)負責(ze)渲染(ran)和顯示的(de)(de)(de)(de)GPU。目前(qian)，VR設備(bei)的(de)(de)(de)(de)主要應用(yong)還是(shi)游(you)戲(xi)(xi)(xi)，而幾(ji)乎所有的(de)(de)(de)(de)VR游(you)戲(xi)(xi)(xi)都(dou)是(shi)3D圖像（因為3D圖像能(neng)給用(yong)戶(hu)提供(gong)(gong)最(zui)(zui)好的(de)(de)(de)(de)沉浸(jin)感體(ti)驗），因此GPU的(de)(de)(de)(de)性能(neng)就(jiu)決定了這些(xie)3D游(you)戲(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)多邊形數量和渲染(ran)效(xiao)果。目前(qian)的(de)(de)(de)(de)VR游(you)戲(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)3D圖像質量大(da)約相當(dang)于10年前(qian)的(de)(de)(de)(de)PC和主機游(you)戲(xi)(xi)(xi)，因此隨著(zhu)VR游(you)戲(xi)(xi)(xi)市場(chang)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)大(da)和生態的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)，游(you)戲(xi)(xi)(xi)圖像質量將(jiang)會成(cheng)為主機之間競爭的(de)(de)(de)(de)核(he)心指(zhi)標，而這也將(jiang)推動對于VR芯片中GPU渲染(ran)能(neng)力的(de)(de)(de)(de)需求。與桌面級GPU不同的(de)(de)(de)(de)是(shi)，VR芯片中的(de)(de)(de)(de)GPU必(bi)須考慮能(neng)效(xiao)比，因為目前(qian)主流的(de)(de)(de)(de)VR設備(bei)都(dou)是(shi)依靠(kao)電(dian)池(chi)來供(gong)(gong)電(dian)，因此能(neng)效(xiao)比將(jiang)決定VR設備(bei)的(de)(de)(de)(de)續航時間，同時也需要保證(zheng)VR設備(bei)散熱沒有問(wen)題(ti)。
除了游(you)戲圖(tu)像(xiang)質量之外，VR設備中(zhong)(zhong)用(yong)(yong)(yong)戶體驗的(de)一(yi)(yi)大需(xu)(xu)求就是(shi)分(fen)辨(bian)率(lv)。目(mu)前VR設備中(zhong)(zhong)一(yi)(yi)個重要(yao)的(de)被用(yong)(yong)(yong)戶體驗問題就是(shi)屏幕分(fen)辨(bian)率(lv)不夠(gou)(gou)所產生的(de)“紗窗(chuang)效應”（即用(yong)(yong)(yong)戶看到(dao)的(de)圖(tu)像(xiang)好像(xiang)隔了一(yi)(yi)層紗窗(chuang)），因(yin)此VR設備對于(yu)(yu)4K甚至更高分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)需(xu)(xu)求更甚于(yu)(yu)手機。因(yin)此，我們預計在(zai)未來幾年中(zhong)(zhong)VR設備的(de)屏幕分(fen)辨(bian)率(lv)也將是(shi)各大廠商競相追逐(zhu)的(de)目(mu)標，這也需(xu)(xu)要(yao)VR芯(xin)片的(de)GPU能有足(zu)夠(gou)(gou)的(de)性能來支持高分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)屏幕。
在GPU之外，VR芯片中另一個最重要的IP當屬人工智能加速器。與傳統手(shou)機中(zhong)不(bu)同，VR設備中(zhong)的眾多(duo)(duo)交(jiao)(jiao)互(hu)都(dou)需(xu)要(yao)(yao)(yao)人(ren)工智(zhi)能(neng)的介入。舉例來(lai)(lai)說(shuo)，VR設備一(yi)個重(zhong)要(yao)(yao)(yao)的需(xu)求就是設備和用(yong)(yong)戶(hu)的定(ding)位和追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)(zong)，并(bing)且把這個信息融合(he)到(dao)游戲(xi)的虛擬環(huan)境中(zhong)，這就需(xu)要(yao)(yao)(yao)使(shi)用(yong)(yong)人(ren)工智(zhi)能(neng)中(zhong)的SLAM技(ji)術(shu)才能(neng)高(gao)質(zhi)量(liang)地實現(xian)。另外(wai)，目前(qian)VR設備中(zhong)，交(jiao)(jiao)互(hu)越來(lai)(lai)越多(duo)(duo)地使(shi)用(yong)(yong)手(shou)部(bu)追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)(zong)和眼(yan)部(bu)追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)(zong)等先進技(ji)術(shu)來(lai)(lai)實現(xian)自然(ran)的交(jiao)(jiao)互(hu)，而這些追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)(zong)都(dou)需(xu)要(yao)(yao)(yao)使(shi)用(yong)(yong)人(ren)工智(zhi)能(neng)模(mo)型，而且隨著追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)(zong)精(jing)度的增加，模(mo)型需(xu)要(yao)(yao)(yao)的算力(li)也在(zai)(zai)上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)。最(zui)后(hou)，人(ren)工智(zhi)能(neng)也是一(yi)個解決GPU渲染能(neng)力(li)瓶頸的重(zhong)要(yao)(yao)(yao)技(ji)術(shu)。屏(ping)幕分辨率上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)和用(yong)(yong)戶(hu)對于圖(tu)像質(zhi)量(liang)的追(zhui)(zhui)求給GPU很大(da)的壓(ya)力(li)，但(dan)是事實上(shang)(shang)用(yong)(yong)戶(hu)在(zai)(zai)同一(yi)時間并(bing)不(bu)會(hui)注意到(dao)屏(ping)幕上(shang)(shang)所(suo)有的像素點，而只(zhi)會(hui)關注他們(men)眼(yan)睛聚焦(jiao)地方(fang)附近的像素點。因此(ci)，一(yi)個技(ji)術(shu)解決方(fang)案就是選擇性(xing)渲染（foveated rendering），即使(shi)用(yong)(yong)眼(yan)部(bu)追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)(zong)技(ji)術(shu)結(jie)合(he)人(ren)工智(zhi)能(neng)模(mo)型來(lai)(lai)判(pan)斷用(yong)(yong)戶(hu)眼(yan)睛聚焦(jiao)的位置并(bing)且在(zai)(zai)相應(ying)的地方(fang)做高(gao)質(zhi)量(liang)渲染，而在(zai)(zai)用(yong)(yong)戶(hu)關注不(bu)到(dao)的地方(fang)則可以降(jiang)低渲染質(zhi)量(liang)，從而減輕GPU的壓(ya)力(li)。目前(qian)，該技(ji)術(shu)已(yi)經使(shi)用(yong)(yong)在(zai)(zai)了Sony的PSVR2中(zhong)，未來(lai)(lai)可望會(hui)用(yong)(yong)到(dao)更多(duo)(duo)的VR設備中(zhong)。
從(cong)上面(mian)這(zhe)些分析(xi)中(zhong)，我們可以看(kan)到VR設(she)備中(zhong)的人(ren)工智能甚至(zhi)比起在手機中(zhong)更(geng)重要，因為(wei)這(zhe)些人(ren)工智能模型(xing)首先是賦能用(yong)戶體(ti)驗重要特性的關鍵，同時(shi)也必(bi)須實時(shi)運行(xing)在VR設(she)備中(zhong)，而難以依靠(kao)云技術。這(zhe)些人(ren)工智能模型(xing)的復雜度決(jue)定了VR芯(xin)片上必(bi)須有一(yi)個(ge)足夠強力的人(ren)工智能加速器，同時(shi)擁有強算力和很好的能效(xiao)比，才能支持這(zhe)些應用(yong)。
除了(le)GPU和(he)人工(gong)智能之(zhi)外，無(wu)線連接也是(shi)VR芯片中(zhong)較為重要(yao)的部(bu)分。對于一(yi)些高(gao)質量游(you)戲(xi)(xi)，目(mu)前的主(zhu)流做法是(shi)讓游(you)戲(xi)(xi)運行(xing)在桌面計算(suan)機上，同時把圖像(xiang)通過串流（stream）的方式傳送給(gei)VR設備，而這(zhe)也就需要(yao)穩定和(he)高(gao)速的WiFi連接。
今天(tian)來看(kan)VR芯(xin)(xin)片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)需求和門檻已經較為(wei)明(ming)確(que)，而(er)相對(dui)(dui)而(er)言AR芯(xin)(xin)片(pian)還(huan)處于(yu)較早期。與VR相比，AR眼睛無需連續運行大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)圖(tu)像渲(xuan)(xuan)染(ran)，但是(shi)需要(yao)能(neng)實現全天(tian)候(hou)佩戴(dai)，而(er)且對(dui)(dui)于(yu)重(zhong)(zhong)量有非常嚴格的(de)(de)(de)(de)(de)需求（例如重(zhong)(zhong)量與一般的(de)(de)(de)(de)(de)墨鏡相當），這就進(jin)一步(bu)限制了眼睛上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)電池容(rong)量，因(yin)此(ci)對(dui)(dui)于(yu)芯(xin)(xin)片(pian)來說會需要(yao)更(geng)進(jin)一步(bu)做低功(gong)(gong)(gong)耗(hao)優(you)化(hua)。無論從Magic Leap還(huan)是(shi)微軟(ruan)的(de)(de)(de)(de)(de)Hololens來看(kan)，AR圖(tu)像渲(xuan)(xuan)染(ran)也是(shi)AR眼鏡中一個極其(qi)重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)用戶(hu)體(ti)驗，因(yin)此(ci)對(dui)(dui)AR芯(xin)(xin)片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)GPU將是(shi)一個挑戰，即如何(he)平衡渲(xuan)(xuan)染(ran)能(neng)力和功(gong)(gong)(gong)耗(hao)。人工智能(neng)也是(shi)類似(si)，AR眼鏡也需要(yao)對(dui)(dui)用戶(hu)做SLAM，并且也需要(yao)支持手部(bu)追(zhui)蹤這樣的(de)(de)(de)(de)(de)交互(hu)，因(yin)此(ci)我們(men)認為(wei)AR芯(xin)(xin)片(pian)可以認為(wei)是(shi)更(geng)低功(gong)(gong)(gong)耗(hao)版的(de)(de)(de)(de)(de)VR芯(xin)(xin)片(pian)。
ARVR芯片與中國
目前，ARVR芯(xin)片主(zhu)要(yao)還(huan)是高通占(zhan)絕對的(de)(de)領先地位，但是隨著ARVR市場(chang)的(de)(de)進一步成熟，我們認(ren)為中國(guo)的(de)(de)芯(xin)片公司有相當的(de)(de)機會。
我(wo)(wo)們(men)認為(wei)(wei)，ARVR芯(xin)片(pian)的(de)(de)基本(ben)架(jia)構與智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)手(shou)機芯(xin)片(pian)類(lei)似，只(zhi)(zhi)是其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)IP的(de)(de)性能(neng)(neng)(neng)(neng)需求(qiu)和(he)重要性與智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)手(shou)機芯(xin)片(pian)略有不同。例如，蜂窩(wo)網(wang)絡(luo)modem是智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)手(shou)機芯(xin)片(pian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)絕對核心，同時也是中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國芯(xin)片(pian)行業花了非(fei)常久時間才逐漸(jian)追上的(de)(de)領域(yu)(yu)，但是在ARVR中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)蜂窩(wo)無線網(wang)絡(luo)并(bing)非(fei)必選項；相反，ARVR芯(xin)片(pian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)最關(guan)鍵(jian)的(de)(de)AP、GPU、人工(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)加速等IP中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國的(de)(de)芯(xin)片(pian)公(gong)司(si)都已經有相當多的(de)(de)經驗，因此我(wo)(wo)們(men)認為(wei)(wei)從設計角度(du)來說，只(zhi)(zhi)要中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國的(de)(de)芯(xin)片(pian)公(gong)司(si)能(neng)(neng)(neng)(neng)夠(gou)和(he)相關(guan)的(de)(de)ARVR設備公(gong)司(si)合作來深入理解芯(xin)片(pian)的(de)(de)具(ju)體(ti)需求(qiu)，我(wo)(wo)們(men)對于中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國芯(xin)片(pian)公(gong)司(si)能(neng)(neng)(neng)(neng)在未來幾年內進(jin)入ARVR領域(yu)(yu)持樂觀態度(du)。
另(ling)一(yi)個(ge)角(jiao)度來看，由(you)于(yu)(yu)ARVR芯片對于(yu)(yu)芯片的(de)功耗和能效(xiao)(xiao)比有很強的(de)需(xu)求，因此先進的(de)半(ban)導(dao)體工藝(yi)(yi)將會對于(yu)(yu)這類高(gao)能效(xiao)(xiao)比芯片有很大幫助(zhu)，預計未來幾年內都會使用最(zui)新(xin)的(de)半(ban)導(dao)體工藝(yi)(yi)（7nm及(ji)以(yi)下）來制(zhi)造(zao)。從這一(yi)點上(shang)中(zhong)國的(de)半(ban)導(dao)體制(zhi)造(zao)還需(xu)要進一(yi)步追趕才能從ARVR芯片的(de)發展中(zhong)獲得收益，其中(zhong)不(bu)僅僅包括半(ban)導(dao)體芯片制(zhi)造(zao)工藝(yi)(yi)，還包括高(gao)級封裝這類能從另(ling)一(yi)個(ge)維度提高(gao)整體系統能效(xiao)(xiao)比的(de)核心技術(shu)。
