ARVR芯片的技术门槛 元宇宙背后的芯片机会

自去年下半年以来，元宇宙的概念一直是科技行业最大的热点，各大科技公司都宣布大力布局元宇宙。目前，人们普遍认为AR/VR它将成为元宇宙的重要入口，因此也将成为各大公司大力投资的领域。AR/VR硬件领域，Facebook的Quest该系列已成为世界上最受欢迎的系列VR字节跳动、腾讯等中国巨头最近也投入了大量资金，其中字节跳动收购了中国公司中市场份额最高的VR设备厂商Pico，腾讯最近也收购了黑鲨，专注于黑鲨VR硬件设备。AR雷鹏和Facebook首款面向大众的智能眼镜携手推出Ray-ban Stories，中国的华为等公司也纷纷推出概念原型机，而随着苹果的高端AR/VR预计设备将于2022年或2023年发布，预计未来AR硬件也将走上快速增长的道路。
ARVR硬件性能对于支持用户体验至关重要，芯片成为赋能其硬件性能的核心部件。ARVR毫无疑问，高通是市场上最重要的供应商Snapdragon XR目前几乎所有的系列都成了VR在去年年底的高通投资日，高通的设备选择CEO Cristiano Amon也强调ARVR（XR）市场将成为高通未来最关键的发展方向之一，预计相关芯片将于2021年发货数千万。今年早些时候，高通和微软CES 2022年正式发布AR微软和高通将共同开发定制合作计划Snapdragon芯片用于AR眼镜将进一步包括微软Mesh平台和高通Snapdragon spaces这两大AR支持开发平台。
从去年到今年的动态来看，ARVR芯片市场正处于快速增长阶段，高通几乎垄断了市场。然而，随着市场规模的进一步增长，将会有更多的芯片制造商进入市场。
ARVR芯片的技术门槛
ARVR芯片的技术门槛决定了有多少芯片公司能够进入市场进行竞争。我们不妨从VR芯片技术开始分析。
首先，从架构上看，VR芯片的结构与其他智能设备基本相同SoC类似地，由处理器组成（AP）操作系统并控制整个硬件的操作。VR芯片首先需要一个强大的处理器，但这并不是目前无法达到的——ARM高性能处理器IP使用和集成已成为大多数SoC因此，我们认为制造商的标准操作VR芯片中的处理器不是一个难以跨越的门槛。
在VR SoC的众多IP用户体验最重要的决定IP负责渲染和显示GPU。目前，VR设备的主要应用是游戏，几乎所有VR游戏都是3D图像（因为3D因此，图像可以为用户提供最好的沉浸体验)GPU这能决定了这3D游戏的多边形数量和渲染效果。VR游戏的3D图像质量相当于10年前PC和主机游戏，所以随着VR随着游戏市场的扩大和生态的形成，游戏图像质量将成为主机之间竞争的核心指标，这也将促进VR芯片中GPU渲染能力的要求。GPU不同的是，VR芯片中的GPU能效比必须考虑，因为目前主流VR设备依靠电池供电，因此能效比将决定VR还需要保证设备的续航时间VR设备散热没有问题。

除游戏图像质量外，VR分辨率是设备中用户体验的主要需求之一。VR用户体验设备中的一个重要问题是屏幕分辨率不足引起的纱窗效应（即用户看到的图像似乎与一层纱窗隔开）VR设备对于4K比手机更需要更高的分辨率。因此，我们预计在未来几年VR设备的屏幕分辨率也将是主要制造商的目标，这也需要VR芯片的GPU支持高分辨率屏幕的性能足够。

在GPU之外，VR芯片中另一个最重要的芯片IP属于人工智能加速器。与传统手机不同，VR设备中的许多交互都需要人工智能的干预。VR设备的一个重要要求是定位和跟踪设备和用户，并将这些信息集成到游戏的虚拟环境中，这需要使用人工智能SLAM技术可以高质量地实现。此外，目前，VR在设备中，越来越多的先进技术，如手跟踪和眼跟踪，都需要人工智能模型，随着跟踪精度的提高，模型所需的计算能力也在上升。最后，人工智能也是一个解决方案GPU渲染能力瓶颈的重要技术。屏幕分辨率的提高和用户对图像质量的追求GPU压力很大，但事实上，用户并没有同时注意到屏幕上所有的像素点，而是只关注他们的眼睛关注附近的像素点。因此，技术解决方案是选择性渲染（foveated rendering），即使用眼部跟踪技术结合人工智能模型来判断用户眼睛的焦点位置，并在相应的地方进行高质量的渲染，在用户无法关注的地方可以降低渲染质量，从而减少GPU压力。目前，该技术已应用于Sony的PSVR2.未来有望使用更多VR设备中。
从以上分析可以看出VR设备中的人工智能甚至比手机更重要，因为这些人工智能模型首先是赋予用户体验重要特征的关键，必须实时运行VR在设备中，很难依靠云技术。这些人工智能模型的复杂性决定了VR为了支持这些应用，芯片上必须有足够强大的人工智能加速器，并且具有强大的计算能力和良好的能效比。
除了GPU和人工智能之外，无线连接也是VR芯片中更重要的部分。对于一些高质量的游戏，目前的主流做法是让游戏在桌面计算机上运行，并通过串流传输图像（stream）传输方式VR设备需要稳定和高速WiFi连接。
今天来看VR芯片的需求和门槛相对明确，相对而言AR芯片还处于早期阶段。VR相比，AR眼睛不需要连续运行大量的图像渲染，但需要全天候佩戴，对重量有非常严格的要求（如重量等于普通太阳镜），进一步限制了眼睛上的电池容量，因此芯片需要进一步的低功耗优化。Magic Leap还是微软的Hololens来看，AR图像渲染也是如此AR眼镜中极其重要的用户体验，所以对AR芯片的GPU如何平衡渲染能力和功耗将是一个挑战。人工智能也是如此，AR用户也需要做眼镜SLAM，而且还需要支持手跟踪这样的交互，所以我们认为AR芯片可以认为是低功耗版VR芯片。
ARVR芯片与中国
目前，ARVR芯片主要是高通占据绝对领先地位，但随着ARVR随着市场的进一步成熟，我们认为中国芯片公司有相当大的机会。
我们认为，ARVR芯片的基本架构类似于智能手机芯片，但其中IP性能要求和重要性与智能手机芯片略有不同。例如，蜂窝网络modem它是智能手机芯片的绝对核心，也是中国芯片行业花了很长时间才逐渐赶上的领域，但在ARVR中蜂窝无线网络不是必须的；相反，ARVR芯片中最关键的AP、GPU、人工智能加速等IP中国的芯片公司有很多经验，所以我们认为只要中国的芯片公司能够从设计的角度与相关的芯片公司有关联ARVR为了深入了解芯片的具体需求，我们可以在未来几年内进入中国芯片公司ARVR该领域持乐观态度。
从另一个角度来看，因为ARVR芯片对芯片的功耗和能效比有很强的要求，所以先进的半导体工艺对这种高能效比芯片会有很大的帮助，预计未来几年会使用最新的半导体工艺(7nm以下)制造。从这个角度来看，中国的半导体制造需要进一步追赶ARVR芯片的开发不仅包括半导体芯片的制造工艺，还包括能够从另一个维度提高整个系统能效比的核心技术，如高级包装。

热点：元宇宙 计算机