“元宇宙”落地之路：新場景與三大硬科技機(jī)會

最近一段時間“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小高潮，但是很多人是從游戲、VR/AR等角度去詮釋這個Metaverse新詞，但元宇宙的本質(zhì)是一種近乎完全數(shù)字化的生活和工作環(huán)境。所以盡管游戲等行業(yè)和應(yīng)用也許是最快導(dǎo)入元宇宙的領(lǐng)域，但是我們認(rèn)為自動駕駛汽車、服務(wù)型制造、數(shù)字孿生、遠(yuǎn)程教育和醫(yī)療等都是向元宇宙方向出發(fā)的新場景，而元宇宙也離不開數(shù)據(jù)處理加速器、數(shù)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。

新場景：游戲、VR/AR只是蛋糕的一小塊

作為一家長期專注于技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究機(jī)構(gòu)，北京華興萬邦管理咨詢有限公司團(tuán)隊相信基于智能化、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字化消費(fèi)和生產(chǎn)場景，將在今天和未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)經(jīng)營中扮演越來越重要的角色，或許成為構(gòu)建元宇宙的出發(fā)點(diǎn)。華興萬邦認(rèn)為自動駕駛正在實(shí)現(xiàn)元宇宙的第一個完整場景，而未來基于服務(wù)型制造模式的、將產(chǎn)品定制與使用場景以及個性取向完美相結(jié)合的新數(shù)字化、場景化消費(fèi)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入了我國的十四五規(guī)劃綱要。

“第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要”第三篇第八章

自動駕駛會比游戲更完整地把大家?guī)нM(jìn)元宇宙。這是因為如果能將人的雙眼和雙手徹底釋放，自動駕駛車輛將變成封閉的網(wǎng)聯(lián)空間，它比分眾傳媒的時長更長、也更加的私密，加上抬頭顯示（HUD）、硬件虛擬化、語音手勢識別和5G（甚至6G）將構(gòu)成一個真正的全數(shù)字化交互環(huán)境，乘客在行程中的商業(yè)價值將遠(yuǎn)超今天游戲行業(yè)的價值。這是因為消費(fèi)者可以在這種場景中充分交流、協(xié)作和消費(fèi)，當(dāng)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新勢力追求的宏大目標(biāo)，也是自動駕駛技術(shù)發(fā)展的核心動力。

特斯拉推出的本身算力已非常強(qiáng)大，還能通過彼此互聯(lián)變得超級強(qiáng)大的D1芯片

但是要創(chuàng)造這種智能、網(wǎng)聯(lián)和數(shù)字化的元宇宙新場景并非易事，這既需要服務(wù)型制造等新的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和商業(yè)運(yùn)營模式，也需要大量諸如《頭號玩家》一樣的沉浸式新內(nèi)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(xiàn)“元宇宙”、開辟新應(yīng)用并創(chuàng)造巨大的商業(yè)價值。這也可以從特斯拉花費(fèi)重金開發(fā)D1芯片和Dojo超級計算機(jī)中窺見一斑。

對于服務(wù)型制造等新模式在元宇宙時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(shè)的“服務(wù)型制造研究院”；而對于游戲、AR/VR等元宇宙內(nèi)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(shè)，同樣重要的是關(guān)鍵性、基礎(chǔ)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上觸達(dá)未來的寶貴機(jī)會。

在工業(yè)和信息化部與浙江省政府共同指導(dǎo)下，國內(nèi)首家服務(wù)型制造研究院在杭州臨平成立并展開相關(guān)研究

元宇宙需要的硬科技有哪些？

華興萬邦認(rèn)為最為重要的硬件技術(shù)包括三大類，一是硬件數(shù)據(jù)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、連接和時空信息技術(shù)。下面是相關(guān)技術(shù)的一些簡單歸納，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索，我們也將在以后的日子里給大家?guī)砗芏嘞嚓P(guān)文章。

硬件數(shù)據(jù)處理加速器

毫無疑問的是，元宇宙將帶來數(shù)據(jù)指數(shù)級的增長，用傳統(tǒng)的通用計算處理架構(gòu)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題，這也是英特爾和AMD分別收購Altera和Xilinx的原因。未來無論是在邊緣的實(shí)時性計算，還是在云中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、AI訓(xùn)練、智能存儲和分發(fā)視頻，都離不開硬件加速器，也就是用異構(gòu)計算模式中專用的處理器去加速某一類數(shù)據(jù)的處理。

常見的硬件加速器包括現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）、圖形處理器（GPU）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器（NNA）、數(shù)字信號處理器（DSP）陣列和TPU等各種針對特定數(shù)據(jù)（并行）處理的計算單元xPU。除了全球?qū)τミ_(dá)的追捧，大家可以從一個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(gòu)，相對傳統(tǒng)基于通用CPU+FPGA的方案，能夠?qū)⑿』境杀竞凸母鹘档鸵粋€數(shù)量級。

Imagination Technologies最近發(fā)布其旗艦型IMG CXT GPUIP產(chǎn)品，并通過增加Photon硬件光線追蹤功能，成為了業(yè)界第一個將基于硬件的實(shí)時光線追蹤引入到移動設(shè)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(yīng)用場景提供強(qiáng)大的性能，支持它們實(shí)現(xiàn)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(nèi)核的GPU性能高達(dá)1.5 TFLOPS FP32和48 GTexel/s，光線追蹤能力達(dá)到了1.3 GRay/s和48 GBoxTest/s，同時其AI算力也達(dá)到了6.0 TOPS。此外，IMG CXT還采用了高性能多核GPU架構(gòu)，極大地提升了用戶產(chǎn)品的可擴(kuò)展性和應(yīng)用范圍，可以為從端到邊，再到云的各種硬件提供實(shí)時光線追蹤能力。

采用各種硬件加速器的異構(gòu)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(gòu)數(shù)據(jù)處理加速器芯片，也是我國幾家圖形處理器（GPU）開發(fā)商從創(chuàng)立那一天就是獨(dú)角獸的原因。從目前的發(fā)展趨勢來看，硬件加速器和異構(gòu)計算也是我國芯片企業(yè)通過結(jié)合應(yīng)用場景，走上“換道超車”的絕好機(jī)會，而不是靠拼成本拼流片補(bǔ)貼的“彎道超車”。

對硬件數(shù)據(jù)處理加速器的強(qiáng)烈需求，帶動了對Imagination提供的GPU和NNA硅知識產(chǎn)權(quán)（IP），以及Achronix提供的eFPGA IP的需求，以及各種采用并行處理架構(gòu)的xPU的不斷涌現(xiàn)。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價比、高能效的硬件數(shù)據(jù)加速器，以及隨著應(yīng)用場景和經(jīng)濟(jì)學(xué)模式而演變的技術(shù)產(chǎn)品形態(tài)和相應(yīng)的運(yùn)營模式。

元宇宙建設(shè)仍處于早期階段，對提供相關(guān)解決方案的公司而言，他們需要隨著不同的應(yīng)用市場規(guī)模而采用不同形態(tài)的硬件數(shù)據(jù)加速技術(shù)方案，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)規(guī)模經(jīng)濟(jì)和業(yè)務(wù)運(yùn)營。以擁有一個獨(dú)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(dāng)前的產(chǎn)品和元宇宙運(yùn)營模式選擇合適的硬件加速器，如最早從即刻可用的VectorPath加速卡開始開發(fā)，然后隨著其運(yùn)營規(guī)模發(fā)展擴(kuò)大而采用獨(dú)立的Speedster7t FPGA芯片，到其應(yīng)用規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大而采用eFPGA IP產(chǎn)品來開發(fā)自己的SoC產(chǎn)品，在考量了規(guī)模經(jīng)濟(jì)的同時，也為其數(shù)據(jù)加速功能最大限度地重用其FPGA開發(fā)成果。

異構(gòu)計算使越來越多的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(shù)字化的、虛擬的世界，但是它將用戶用于實(shí)時交易的資產(chǎn)信息和用于交流的隱私信息等全部存放和流通在一個數(shù)字的空間中，因此其數(shù)據(jù)安全變得比以往更加重要，同時提供元宇宙相關(guān)環(huán)境的設(shè)備的安全性也至關(guān)重要，如智能駕駛或者自動駕駛汽車更需要引入汽車行業(yè)特有的ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)?；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)時性，因而應(yīng)用場景會越來越多。

安全和安全性是一個看不到地平線的領(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(chǔ)設(shè)施安全保護(hù)條例》和《網(wǎng)絡(luò)安全等保護(hù)條例》等法律法規(guī)，也有了諸如華大電子這種幾十年專注于安全芯片(SE)、因累計銷量近200億顆而名列全球前茅的專業(yè)公司。

因此，在越來越嚴(yán)格的法律環(huán)境中，還面臨著越來越多的“黑客”在尋找著漏洞的同時，無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(fèi)場景，以及基于數(shù)字孿生的新生產(chǎn)和運(yùn)營場景，也不管其真正的元宇宙由誰建設(shè)、在什么時候建成，所有這些可能的元宇宙場景都需要信息安全技術(shù)，以覆蓋包括用戶認(rèn)證、數(shù)字貨幣和資產(chǎn)、以及網(wǎng)絡(luò)連接等，不少場景需要基于硬件的安全技術(shù)。此外，像自動駕駛汽車這樣的元宇宙環(huán)境還需要功能安全性技術(shù)。

作為元宇宙建設(shè)的最重要的環(huán)節(jié)之一，數(shù)字身份認(rèn)證、數(shù)字支付或數(shù)字貨幣與用戶的虛擬資產(chǎn)和資金安全密切相關(guān)，而且國家的數(shù)字貨幣推廣應(yīng)用也箭在弦上。過去幾年微信、支付寶等基于軟件密碼的支付手段發(fā)展較快，但未來基于硬件的數(shù)字錢包將會獲得更快的發(fā)展。2020年，在人民銀行的推動下，數(shù)字人民幣硬錢包已亮相于試點(diǎn)應(yīng)用場景中，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(shè)計有限責(zé)任公司在于北京舉辦的2021年中國國際服務(wù)貿(mào)易交易會上，發(fā)布了國內(nèi)首款數(shù)字人民幣錢包芯片產(chǎn)品及方案，為數(shù)字人民幣提供了載體；人民銀行將通過打造多種錢包產(chǎn)品和開放錢包生態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字人民幣線上線下全場景應(yīng)用。中電華大電子是央企、世界500強(qiáng)中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)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(shù)字人民幣錢包方案的發(fā)布，可以折射出數(shù)字人民幣正在央行和央企的推動下加速進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活和未來的元宇宙。

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(yùn)動傳感器，或者智能手機(jī)等用戶端，以及機(jī)器等設(shè)備旁邊的邊緣計算設(shè)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(hù)PSA 3級認(rèn)證后，其集成Secure Vault安全技術(shù)的EFR32系列無線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不出事就容易被遺忘的領(lǐng)域，近期有很多業(yè)界話把子都在討論元宇宙，大家提到最多的是從游戲落地，以互動性和沉浸式的方式吸引客戶，并引入社交和交易等功能，很少把安全技術(shù)和數(shù)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，但道路還非常漫長。

新一代通信、連接和時空信息技術(shù)

元宇宙對新一代通信技術(shù)和通信基礎(chǔ)設(shè)施的依賴不難理解，而對于時空信息技術(shù)的需求尚未完全浮出水面并成為支撐新應(yīng)用的新產(chǎn)業(yè)，但是多數(shù)時空技術(shù)都是采用了特定無線通信中到達(dá)時間（ToA）算法，因此華興萬邦將其歸結(jié)為一類技術(shù)。新一代通信技術(shù)不僅包括5G/6G等低延時、高可靠和大帶寬無線通信，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(rèn)證的無線SoC。

無論元宇宙數(shù)字化程度有多高，都需要多元化的硬件設(shè)備來支撐，尤其是元宇宙的那些工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。除了設(shè)備外部的通信，設(shè)備內(nèi)部和芯片內(nèi)部的連接技術(shù)也非常值得關(guān)注，這是因為強(qiáng)大的算力需要大帶寬的連接來幫助數(shù)據(jù)在芯片內(nèi)流動，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）來解決芯片高帶寬內(nèi)部連接問題

這已經(jīng)成為高算力處理器的一個瓶頸，許多公司都在致力于解決這類問題，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20Tbps，可以將大量的數(shù)據(jù)送達(dá)內(nèi)部處理邏輯陣列和芯片接口。此外，國內(nèi)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(yīng)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。

華興萬邦認(rèn)為精準(zhǔn)的時空信息是支撐元宇宙的核心信息之一，這其中包括絕對時空和相對時空。包括北斗系統(tǒng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）提供的是絕對時間和空間信息，5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心都離不開超精準(zhǔn)的絕對時間，而且還存在大量的時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）；同時，被應(yīng)用于自動駕駛等領(lǐng)域的激光雷達(dá)超短波雷達(dá)是相對位置技術(shù)，也是基于飛行時間（ToF）的信號處理技術(shù)。

隨著自動駕駛正在向元宇宙的一個基礎(chǔ)場景挺進(jìn)，即使采用激光雷達(dá)等相對位置技術(shù)，能夠識別車道的高精度GNSS定位在自動駕駛中仍然不可或缺，只是需要地基增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更高精度的定位和導(dǎo)航。隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，以及諸如泰斗微電子等國內(nèi)芯片企業(yè)的快速成長，我國已經(jīng)可以以自主科技來支持精準(zhǔn)時空信息。

泰斗微電子等國內(nèi)廠商已經(jīng)開發(fā)了全系列的GNSS定位、導(dǎo)航和授時芯片及模組

基于飛行時間（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，無論是游戲、VR/AR、服務(wù)型制造（虛擬體驗+定制消費(fèi)），還是遠(yuǎn)程醫(yī)療和教育與工業(yè)數(shù)字孿生，以及汽車和辦公室內(nèi)的虛擬空間交流，對手勢等體姿識別和精細(xì)三維空間定位等技術(shù)都擁有巨大的市場需求；同時，蘋果手機(jī)等設(shè)備也不斷在引入新的相對時空技術(shù)。當(dāng)然，諸如自動駕駛汽車等特定元宇宙應(yīng)用更是將高精度GNSS定位等絕對位置信息，激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和智能座艙手勢識別等相對位置信息融合在一起。

結(jié)語：元宇宙也要講業(yè)績

無論是騰訊和Meta從游戲出發(fā)建設(shè)元宇宙，還是服務(wù)型制造研究院在不斷推進(jìn)消費(fèi)新場景的研究，以及各方造車勢力加速自動駕駛汽車的開發(fā)，這些行業(yè)和市場的元宇宙建設(shè)從概念的興起走向產(chǎn)品和內(nèi)容的上市和普及，都需要我們期盼著的許多顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)，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）的股價在改名前后的元宇宙熱潮中沖高回落

當(dāng)下元宇宙建設(shè)最需要的是技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新，而不是過度的炒作。嗅覺靈敏的國內(nèi)資本市場對元宇宙反應(yīng)極為興奮，A股二級市場上形成了元宇宙行情；而在一級市場上，GPU等芯片技術(shù)公司的估值也更是高得驚人。不過，在納斯達(dá)克市場中，從Facebook改名為Meta Platforms并沒有使其股價一飛沖天，而是震蕩中下跌；特斯拉的股價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，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(shè)密切相關(guān)的企業(yè)的股價過去幾個月也在下跌。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(qiáng)公司中國電子旗下的安全芯片設(shè)計企業(yè)，也是人民銀行支持的數(shù)字人民幣錢包解決方案提供商，但近期的市值一直低于15億港元，市銷率都經(jīng)常在1倍以下。盡管華大電子繼9月初發(fā)布數(shù)字人民幣錢包芯片后，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、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(yuǎn)遠(yuǎn)低于國內(nèi)不少營業(yè)收入只有其幾分之一的新創(chuàng)芯片公司的估值。

元宇宙會影響我們很多人的生活從而帶來新的機(jī)會，但看清趨勢不僅僅是為了炒作，而是要去更清晰地推動創(chuàng)新。借用北京華興萬邦管理咨詢有限公司的理念：顛覆不是開發(fā)一項技術(shù)去比競品運(yùn)行得更快，而是用創(chuàng)新技術(shù)去建立一個讓所有參與者都獲益的新生態(tài)。元宇宙的落地需要新場景，也需要技術(shù)創(chuàng)新。