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作者：北京華興萬邦管理咨詢有限公司 劉朝暉 陳皓 陳嬌 最近一段時間“元宇宙”一詞火爆全網和電子信息圈，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，但元宇宙的本質是一種近乎完全數字化的生活和工作環境。所以盡管游戲等行業和應用也許是最快導入元宇宙的領域，但是我們認為自動駕駛汽車、服務型制造、數字孿生、遠程教育和醫療等都是向元宇宙方向出發的新場景，而元宇宙也離不開數據處理加速器、數字人民幣等信息安全技術和新一代網絡連接技術的支撐。 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經濟學的研究機構，北京華興萬邦管理咨詢有限公司團隊相信基于智能化、網絡化的數字化消費和生產場景，將在今天和未來的經濟發展和企業經營中扮演越來越重要的角色，或許成為構建元宇宙的出發點。華興萬邦認為自動駕駛正在實現元宇宙的第一個完整場景，而未來基于服務型制造模式的、將產品定制與使用場景以及個性取向完美相結合的新數字化、場景化消費將成為元宇宙的最重要支柱，所以服務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劃綱要。 
“第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要”第三篇第八章 自動駕駛會比游戲更完整地把大家帶進元宇宙。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聯空間，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）將構成一個真正的全數字化交互環境，乘客在行程中的商業價值將遠超今天游戲行業的價值。這是因為消費者可以在這種場景中充分交流、協作和消費，當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，也是自動駕駛技術發展的核心動力。
特斯拉推出的本身算力已非常強大，還能通過彼此互聯變得超級強大的D1芯片 但是要創造這種智能、網聯和數字化的元宇宙新場景并非易事，這既需要服務型制造等新的經濟運行和商業運營模式，也需要大量諸如《頭號玩家》一樣的沉浸式新內容，更需要一系列重大的、關鍵的技術創新，才能確保在安全和高效的前提下實現“元宇宙”、開辟新應用并創造巨大的商業價值。這也可以從特斯拉花費重金開發D1芯片和Dojo超級計算機中窺見一斑。 對于服務型制造等新模式在元宇宙時代將扮演什么樣的角色，大家也可以關注由工業和信息化部與浙江省政府共同支持建設的“服務型制造研究院”；而對于游戲、AR/VR等元宇宙內容，網上已經有很多了，因而在此也不贅述。而對于元宇宙建設，同樣重要的是關鍵性、基礎性的硬件技術，這對我國電子信息產業的發展非常關鍵，因為元宇宙給我們提供了在同一起跑線上觸達未來的寶貴機會。
在工業和信息化部與浙江省政府共同指導下，國內首家服務型制造研究院在杭州臨平成立并展開相關研究 元宇宙需要的硬科技有哪些？ 華興萬邦認為最為重要的硬件技術包括三大類，一是硬件數據處理加速器技術，第二是基于硬件的安全與安全性技術，第三是新一代通信、連接和時空信息技術。下面是相關技術的一些簡單歸納，我們相信也許還有其他更重要的技術，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帶來很多相關文章。 硬件數據處理加速器 毫無疑問的是，元宇宙將帶來數據指數級的增長，用傳統的通用計算處理架構不斷增加處理器或者服務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時性計算，還是在云中進行數據處理、AI訓練、智能存儲和分發視頻，都離不開硬件加速器，也就是用異構計算模式中專用的處理器去加速某一類數據的處理。 常見的硬件加速器包括現場可編程邏輯門陣列（FPGA）、圖形處理器（GPU）、神經網絡加速器（NNA）、數字信號處理器（DSP）陣列和TPU等各種針對特定數據（并行）處理的計算單元xPU。除了全球對英偉達的追捧，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，相對傳統基于通用CPU+FPGA的方案，能夠將小基站成本和功耗各降低一個數量級。
Imagination Technologies最近發布其旗艦型IMG CXT GPU IP產品，并通過增加Photon硬件光線追蹤功能，成為了業界第一個將基于硬件的實時光線追蹤引入到移動設備的解決方案，IMG CXT能夠為游戲和元宇宙等高性能圖形處理應用場景提供強大的性能，支持它們實現沉浸式、低延遲和靈活接入等性能。 首輪次發布的IMG CXT RT3 GPU內核的GPU性能高達1.5 TFLOPS FP32和48 GTexel/s，光線追蹤能力達到了1.3 GRay/s和48 GBoxTest/s，同時其AI算力也達到了6.0 TOPS。此外，IMG CXT還采用了高性能多核GPU架構，極大地提升了用戶產品的可擴展性和應用范圍，可以為從端到邊，再到云的各種硬件提供實時光線追蹤能力。 采用各種硬件加速器的異構計算已經成為了行業發展的重要趨勢，所以世界頂級科技公司紛紛自研采用異構數據處理加速器芯片，也是我國幾家圖形處理器（GPU）開發商從創立那一天就是獨角獸的原因。從目前的發展趨勢來看，硬件加速器和異構計算也是我國芯片企業通過結合應用場景，走上“換道超車”的絕好機會，而不是靠拼成本拼流片補貼的“彎道超車”。 對硬件數據處理加速器的強烈需求，帶動了對Imagination提供的GPU和NNA硅知識產權（IP），以及Achronix提供的eFPGA IP的需求，以及各種采用并行處理架構的xPU的不斷涌現。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、高能效的硬件數據加速器，以及隨著應用場景和經濟學模式而演變的技術產品形態和相應的運營模式。 元宇宙建設仍處于早期階段，對提供相關解決方案的公司而言，他們需要隨著不同的應用市場規模而采用不同形態的硬件數據加速技術方案，以實現最優規模經濟和業務運營。以擁有一個獨有FPGA產品組合的Achronix為例，該公司的產品包括高端的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產品組合可使解決方案提供商能夠為其當前的產品和元宇宙運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，然后隨著其運營規模發展擴大而采用獨立的Speedster7t FPGA芯片，到其應用規模繼續擴大而采用eFPGA IP產品來開發自己的SoC產品，在考量了規模經濟的同時，也為其數據加速功能最大限度地重用其FPGA開發成果。
異構計算使越來越多的SoC正在集成eFPGA等加速器IP 基于硬件的安全和安全性技術 盡管元宇宙是數字化的、虛擬的世界，但是它將用戶用于實時交易的資產信息和用于交流的隱私信息等全部存放和流通在一個數字的空間中，因此其數據安全變得比以往更加重要，同時提供元宇宙相關環境的設備的安全性也至關重要，如智能駕駛或者自動駕駛汽車更需要引入汽車行業特有的ISO 26262功能安全標準。基于硬件的安全和安全性技術比軟件方案具有更高的可靠性和實時性，因而應用場景會越來越多。 安全和安全性是一個看不到地平線的領域，要求技術和法律都要“道高一尺魔高一丈式”地不斷完善，我國政府先后出臺了《中華人民共和國網絡安全法》、《中華人民共和國密碼法》、《關鍵信息基礎設施安全保護條例》和《網絡安全等保護條例》等法律法規，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公司。 因此，在越來越嚴格的法律環境中，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，還是基于服務型制造的新消費場景，以及基于數字孿生的新生產和運營場景，也不管其真正的元宇宙由誰建設、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，以覆蓋包括用戶認證、數字貨幣和資產、以及網絡連接等，不少場景需要基于硬件的安全技術。此外，像自動駕駛汽車這樣的元宇宙環境還需要功能安全性技術。 作為元宇宙建設的最重要的環節之一，數字身份認證、數字支付或數字貨幣與用戶的虛擬資產和資金安全密切相關，而且國家的數字貨幣推廣應用也箭在弦上。過去幾年微信、支付寶等基于軟件密碼的支付手段發展較快，但未來基于硬件的數字錢包將會獲得更快的發展。2020年，在人民銀行的推動下，數字人民幣硬錢包已亮相于試點應用場景中，相關技術將具有廣闊前景。
今年9月，北京中電華大電子設計有限責任公司在于北京舉辦的2021年中國國際服務貿易交易會上，發布了國內首款數字人民幣錢包芯片產品及方案，為數字人民幣提供了載體；人民銀行將通過打造多種錢包產品和開放錢包生態，實現數字人民幣線上線下全場景應用。中電華大電子是央企、世界500強中國電子信息產業集團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字人民幣錢包方案的發布，可以折射出數字人民幣正在央行和央企的推動下加速進入現實生活和未來的元宇宙。 在安全網絡連接方面，可以肯定的是從AR/VR眼鏡及與之相配的運動傳感器，或者智能手機等用戶端，以及機器等設備旁邊的邊緣計算設備連接到云，都需要安全的連接技術，這就是全球領先的物聯網芯片企業Silicon Labs在率先獲得最高級別物聯網軟硬件安全保護PSA 3級認證后，其集成Secure Vault安全技術的EFR32系列無線SoC在最近兩年獲得諸多行業大獎的原因。
但是安全和安全性也是一個不出事就容易被遺忘的領域，近期有很多業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，很少把安全技術和數字人民幣放在其中。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 元宇宙對新一代通信技術和通信基礎設施的依賴不難理解，而對于時空信息技術的需求尚未完全浮出水面并成為支撐新應用的新產業，但是多數時空技術都是采用了特定無線通信中到達時間（ToA）算法，因此華興萬邦將其歸結為一類技術。新一代通信技術不僅包括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級或其他安全認證的無線SoC。 無論元宇宙數字化程度有多高，都需要多元化的硬件設備來支撐，尤其是元宇宙的那些工業和商業應用。除了設備外部的通信，設備內部和芯片內部的連接技術也非常值得關注，這是因為強大的算力需要大帶寬的連接來幫助數據在芯片內流動，以及輸入輸出芯片的高速接口技術。
Achronix用二維片上網絡（2D NoC）來解決芯片高帶寬內部連接問題 這已經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絡（2D NoC），其總帶寬超過20Tbps，可以將大量的數據送達內部處理邏輯陣列和芯片接口。此外，國內公司在高速連接上也在不斷創新，默升科技（Credo）一直是全球領先的SerDes高速接口IP的供應商，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。 華興萬邦認為精準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。包括北斗系統的全球導航衛星系統（GNSS）提供的是絕對時間和空間信息，5G、工業互聯網和數據中心都離不開超精準的絕對時間，而且還存在大量的時間敏感網絡（TSN）；同時，被應用于自動駕駛等領域的激光雷達超短波雷達是相對位置技術，也是基于飛行時間（ToF）的信號處理技術。 隨著自動駕駛正在向元宇宙的一個基礎場景挺進，即使采用激光雷達等相對位置技術，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，只是需要地基增強網絡等技術來實現更高精度的定位和導航。隨著我國北斗衛星導航系統的建成，以及諸如泰斗微電子等國內芯片企業的快速成長，我國已經可以以自主科技來支持精準時空信息。
泰斗微電子等國內廠商已經開發了全系列的GNSS定位、導航和授時芯片及模組 基于飛行時間（ToF）和其他技術的相對位置和空間信息技術也變得日益重要，無論是游戲、VR/AR、服務型制造（虛擬體驗+定制消費），還是遠程醫療和教育與工業數字孿生，以及汽車和辦公室內的虛擬空間交流，對手勢等體姿識別和精細三維空間定位等技術都擁有巨大的市場需求；同時，蘋果手機等設備也不斷在引入新的相對時空技術。當然，諸如自動駕駛汽車等特定元宇宙應用更是將高精度GNSS定位等絕對位置信息，激光雷達、毫米波雷達和智能座艙手勢識別等相對位置信息融合在一起。 結語：元宇宙也要講業績 無論是騰訊和Meta從游戲出發建設元宇宙，還是服務型制造研究院在不斷推進消費新場景的研究，以及各方造車勢力加速自動駕駛汽車的開發，這些行業和市場的元宇宙建設從概念的興起走向產品和內容的上市和普及，都需要我們期盼著的許多顛覆性技術的出現，也需要諸如虛擬偶像網紅帶貨等與元宇宙相關的一些新的商業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 當下元宇宙建設最需要的是技術創新和商業模式創新，而不是過度的炒作。嗅覺靈敏的國內資本市場對元宇宙反應極為興奮，A股二級市場上形成了元宇宙行情；而在一級市場上，GPU等芯片技術公司的估值也更是高得驚人。不過，在納斯達克市場中，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，其他與元宇宙建設密切相關的企業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強公司中國電子旗下的安全芯片設計企業，也是人民銀行支持的數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，市銷率都經常在1倍以下。盡管華大電子繼9月初發布數字人民幣錢包芯片后，又在今年10月底在深圳一口氣發布了智能網聯汽車、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品，但是其市值仍然遠遠低于國內不少營業收入只有其幾分之一的新創芯片公司的估值。 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：顛覆不是開發一項技術去比競品運行得更快，而是用創新技術去建立一個讓所有參與者都獲益的新生態。元宇宙的落地需要新場景，也需要技術創新。 |
