元宇宙「芯事」

當「核心」元件開始脫離手機,VR/AR 硬件才算真的有希望了。

「VR/AR 到底什麼時候能起來?」在元宇宙受到熱捧的當下,這個當年老生常談的問題再次成為人們關注的熱點。

5 年之前,正值上一波VR 熱潮興起的時候,有人問Epic Games 創始人Tim Sweeney 同樣的問題。那時Epic Gmaes 主打產品還是其遊戲引擎——虛幻引擎Unreal Engine,當時團隊還沒有做出年入10 億美元的熱門遊戲堡壘之夜Fortinite,Tim 雖然貴為遊戲大佬,還沒有叫板蘋果要求降低「蘋果稅」的資本。

不過,由於在VR 內容製作上,虛幻引擎是唯二的專業工具(另一個是Unity),所以Tim Sweeney 的判斷還是非常有分量的。

對於開頭的問題,Tim Sweeney 講了一個故事:當蘋果生產出第一代iPhone 之後,傳統手機廠商(可能是摩托羅拉)的工程師拆開了iPhone 的後蓋後大吃一驚——沒見過這麼排線和組裝的,「怎麼會有人這麼造手機?」也難怪後來黑莓的老大給大家寬心:「我們不會有事兒。」

其實Tim Sweeney 的意思是,要想生產出一件真正創新的產品,必須有配套的核心供應鏈,而調教供應鍊為自己專門生產核心元件是蘋果的絕技之一,iPhone 後來的成功就是例證。

同理,VR/AR 要想真正成為革命性產品,必然有對應供應鍊為其專門生產核心元件,「元宇宙」才有可能更快到來。

作為最核心的元件,芯片的發展無疑對VR/AR 產品的崛起有著決定性作用。 「受惠」於手機產業的成熟,VR/AR 芯片現在已經出現了脫離手機,走向獨立和定制化的趨勢。

剪掉「辮子」之後

2014 年Facebook 用20 億美元收購Oculus VR 之前,後者剛把第二代開發者套件機型Oculus Rift DK2 搞出來。 iFixit 網站將機器拆解開來,赫然發現機器用的屏幕是一塊三星Galaxy Note 3 的屏幕——除了要盛讚Oculus 當年確實有DIY 精神外,也從側面說明,早在PC VR 時代,手機供應鏈對於VR 硬件的重要性。

Oculus Rift DK2 直接用了三星Galaxy Note 3 的屏幕|iFixit

由於PC VR 時代的算力來自PC,所以當時的VR 頭顯的首要任務是搞定顯示,也就是OLED 屏幕。由於材質和顯示原理不同,OLED 屏幕相比傳統LCD 屏幕具有延遲低,無拖影的優勢,尤其是三星公司的AMOLED 屏幕更是VR 產品的首選。

不過,鑑於當時手機市場競爭激烈,小米想拿到三星的屏幕甚至要跟韓國人喝「忠誠酒」,出貨量以千計數的Oculus 公司直接把三星手機屏幕塞進VR 頭顯裡,也是沒辦法的事。

經過了谷歌Cardboard 紙盒眼鏡和三星Gear VR 為代表的「手機VR」時代的「彎路」後,剪掉PC VR 頭顯的「辮子」,具備計算、顯示和定位、續航功能於一身的「一體機」才是未來,已經是業內共識。

2018 年Oculus 和小米聯手推出了VR 一體機產品Oculus Go(國內叫小米VR 一體機),這款機器僅支持3 自由度,也就是說更多支持「觀影」體驗,而非像PC VR 時代的定位和「行走」體驗。

這款機器使用的是高通兩年前的旗艦芯片驍龍821,Oculus 和小米沒有使用當年最新的驍龍845 估計有三個原因,一是Go 是兩年前開始研發的,821 是當時的旗艦芯片;二是Go 的定位三自由度的觀影機,821 芯片完全滿足需求;三,從成本角度思考,Oculus Go 定價1499 元人民幣,顯然用新舊款芯片更方便控制預算。

高通在2018 年推出的XR1 芯片及平台|高通

值得一提的是,同樣是在2018 年,在驍龍845 之外,高通公司還發布了XR 1(Extended Reality)芯片及平台,這家移動芯片領域的巨頭已經看到了VR/AR 的未來,並開始有所行動。不過,雖然XR 1 芯片支持從3 自由度到6 自由度的VR 設備,但主要還是針對類似於Oculus Go 這樣的3 自由度觀影機。

因為從芯片能力來看,高通XR 1 與驍龍600(也有說是760)接近。高通官方說法是,XR1 可以提供「高品質」(High Quality)VR 體驗,而同期的旗艦驍龍845 卻可以提供6 自由度體驗需要的空間定位以及手柄識別等高端功能(Premium Quality)。

大賣的Oculus Quest 2 一體機採用的是高通XR2 芯片|高通

這大概是為什麼Oculus 在2019 年推出支持6 自由度的一體機Oculus Quest 時,芯片使用的是高通的驍龍835,而不是XR1。

不過,2020 年,隨著搭載XR2 芯片的Oculus Quest 2 的全球大賣,顯示出高通開始真正向VR 方面發力。這款據說修改自驍龍865 芯片的XR 2 芯片,不僅支持8K 360 度視頻,且支持7 路並發攝像頭,實現精確的運動和手勢追踪。同時,5G 和AI 的加入,則在網速和效率上有所提升。

Quest 2 的優質表現,證明了高通XR2 芯片棄低端走高端路線的成功。

更注重場景的AR

相對於路線相對清晰、發展早一步的VR 來說,當高通開始「修剪」手機端的驍龍,創造XR 芯片時,AR 硬件公司卻因為使用場景不同,在芯片選擇上各顯神通。

在高端市場,兩個先行者Magic Leap 和微軟高舉高打,一開始就瞄著「終局」去。不過,由於兩家公司對於AR(或者MR)的定義甚高,加上AR 本身在渲染、空間定位和虛實結合上要比VR 要求更高,以至於在當時很難找到合適的芯片,至少高通的驍龍或者XR 無法滿足AR 眼鏡的要求。

因此,Magic Leap One 採用的是分體設計,其計算單元Light Pack 上採用的是英偉達Tegra X2 多核處理器,事後證明這可能並不是一個特別理想的設計。

當年Magic Leap One 在計算單元中使用了英偉達的芯片,發熱「感人」|Magic Leap

使用過Magic Leap One頭顯的人應該知道,使用過一段時間後,Light Pack 的發熱和功耗都十分感人。但是分體設計這一形式,則為其後的AR 眼鏡開了先河。

微軟HoloLens 走的是堅定的一體機形式,據說第一代HoloLens 頭顯採用的是老夥伴英特爾的芯片,根據Cherry Trail Atom 架構修改而成,後者被用於平板電腦等智能設備中。在英特爾的CPU 和GPU 之外,其中特別的是微軟團隊自研的全息處理器HPU(holographic processing unit),這款定制的ASIC 芯片主要用於處理3D 圖像和手勢等數據。

微軟第二代HoloLens 則使用了高通驍龍850 作為主處理器,同時搭配了升級版的HPU 2.0 來實現更加全面的手部動作追踪和更好的視覺表現。

微軟HoloLens2 中使用了高通驍龍850 芯片|微軟

不過,從Magic Leap One 到HoloLens 兩代產品,由於成本高昂,主打B 端市場,與C 端市場無緣。

另一方面,在一些特定的工業和商業領域,AR 眼鏡可能因為更加垂直的使用場景,而採用更精專的芯片來實現特定功能,並保持產品的輕便和續航能力。

亮亮視野硬件研發負責人梁祥龍告訴極客公園,公司此前產品的重要場景之一是在眼鏡端實現人臉快速識別,所以對AI 圖像處理要求更高,團隊使用的是英特爾Movidius VPU 平台的Myriad 系列處理器,其特長是深度神經網絡和計算機視覺應用。相對於同級別驍龍等平台,Myriad 平台無論是AI 性能還是功耗上都更理想,可以在分體設計下,保持眼鏡重量在30-40 克,能夠長時間佩戴。

當然,使用相對小眾的技術平台也有相應代價,相比於高通平台,Myriad 很多底層程序要自己寫,費時費力,對創業公司是個很大挑戰。好處是,如果能克服這個困難,反而會形成一段時期內的產品護城河。

VR、AR終於「開始獨立」?

XR2 的成功,讓高通看到了「元宇宙」的潛力。業內人士透露,其實直到XR2 之後,高通才有專門團隊設計真正開始設計專門針對VR 和AR 設備的芯片,而不是用現成的驍龍芯片進行「魔改」。

梁祥龍認為,為了滿足未來VR/AR 設備的要求,其核心芯片發展趨勢是高製程、低功耗、高集成:由於VR/AR 眼鏡必然越來越輕薄,在電池技術發展沒有突破的情況下,芯片功耗需要降下來;像VR/AR 都要用到的空間定位、手勢識別等通用功能將固化到芯片,進一步降低功耗,減小開發難度。

事實上,高通在明年推出的XR 系列芯片產品,極有可能將具備上述特點。梁祥龍透露亮亮視野目前正在嘗試將技術平台移至高通,並規劃明年推出在影音效果上更進一步的新品。

另一方面,像蘋果、Facebook、Magic Leap 等行業巨頭有可能繼續自研和定制的方向。據外媒報導,蘋果在2020 年已經完成VR/AR 芯片的設計,並委託台積電進行5nm 先進製程生產芯片。該SoC 由三顆芯片構成,功能是無線數據傳輸功能優化、壓縮及解壓縮影片,提高電池效率。

從今年年初開始刮起的「元宇宙」風口至今未滅,雖然現在仍難預測「頭號玩家」的時代什麼時候能真正到來,但是從高通到蘋果,都已經在芯片這個核心領域傾注心力,至少我們可以確定,接下來VR/AR 產品將迎來一個加速發展的時期。

*圖片來源:Oculus、微軟、iFixit

撰文| 靖宇

編輯| 靖宇

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