元宇宙之芯：元宇宙芯片的算力提升将是千倍级

在元宇宙中，为了实现水滴映射场景的真实反射，雪茄燃烧时烟雾弥漫的艺术概念效果，芯片的计算能力需要数千万倍的提高和数千万层次的图像处理能力的扩展。作为人们对数字世界的终极想象，元宇宙的舞台足够大，技术挑战无限高。在通往元宇宙的道路上，芯片是一个坚实的路基和强大的基础。为此，《中国电子新闻》采访了英特尔、英伟达、高通等芯片制造商，看看他们在构建元宇宙的核心时是如何穿越海洋的。
元宇宙芯片的计算能力提升将是千倍
在2021年4月的GTC英伟达在线峰会CEO黄仁勋在招牌厨房演讲中使用了大约14秒的虚拟厨房和数字替身，引起了全球媒体的热烈讨论。这个真正的小魔法是通过3D扫描、的图像处理技术，如扫描、语音驱动人物的口型和动作、衣服和其他物理材料的还原、厨房建模和视觉预览。完成这些动作的基础是GPU（图像处理芯片）。
元宇宙首先要有可视化因素。可视化需要一个基于正确物理光和材料的模拟环境，即图形技术。RTX(英伟达的设计与可视化技术)实时光线跟踪技术，我们实时实现了以往需要大量集群离线渲染才能实现的影视级渲染画面，RTX技术及相应的硬件加速单元RT Core正是因为业可视化亚太区业务主管沈伟在接受《中国电子报》专访时表示。
雪崩(美国作家尼尔)·斯蒂芬森的科幻小说)元宇宙中描述的每一滴水滴都反映了办公窗户缩小的倒影的现实感GPU光跟踪和特征恢复能力提出了前所未有的要求。元宇宙需要映射真实的物理世界，其中有大量的物理计算，如空气流体烟雾颗粒爆炸，这背后是CUDA沈伟说。
事实上，在《雪崩》构思的元宇宙中，模拟雪茄烟所需的计算能力与模拟整个地球的天气系统相当。在日本作家铃木光司的科幻小说《环境》中，用户可以通过VR连接头盔和数据手套，从指定人物的角度体验虚拟世界的环，以包含128万台巨型计算机的超级计算机集群为计算能力基础。
英特尔公司高级副总裁兼加速计算系统和图形部总经理Raja Koduri我相信，为了如实复制雪崩中的元宇宙体验，现有芯片的计算性能应该达到1000倍的增长。在相同甚至更低的能耗下，我们必须实现 1000 倍的计算能力增长。根据摩尔定律的增长曲线，我们可以在未来五年内达到8倍左右-增长10倍。因此，算法、架构、神经网络算法等，都要在提高计算效率方面发挥作用。Raja Koduri表示。
对于Raja Koduri提出的目标，英特尔相关负责人向《中国电子报》记者表示，这是一个从E级计算走向Z级计算过程。
“从2022年的ExaFLOPS(每秒1018次浮点运算)到2028年实现ZettaFLOPS(每秒1021次浮点操作)——即将现有性能提高1000倍左右。这条发展路径将在架构、功率和散热、数据传输和工艺等领域实现全面改进。负责人指出。
具体来说，英特尔在计算能力改进和计算能力基础建设方面有三个关键点。一是提供更多晶体管的核心微缩技术；二是提高功率器件和内存增益领域的半导体性能；三是探索新的物理概念，重新定义计算。我们总结了未来技术的发展方向，即通过混合键合，将包装中的互连密度提高10倍以上，晶体管的微缩面积提高30%至50%，在新的功率器件和内存技术上取得了重大突破。基于新物理概念的新技术可能会在未来重新定义计算。英特尔相关负责人表示。
Meta英伟达将是世界上最快的AI 超级计算机
2021年12月，百度在元宇宙平台希壤举行百度AI开发者会议。百度基于数据传输算法优化、本地渲染引擎优化和声学特性建模，打造了10万元宇宙超级会场，实现了10万人的同屏互动，用户也能听到实时背景音和空间音效。
今年1月，Meta宣布设计并创造了运行速度最快的 AI 超级计算机(以下简称RSC）2022年中期建成后，它将成为世界上最快的 AI 超级计算机。
RSC将帮助 Meta 的 AI 研究人员从数万亿个示例中学习AI 模型，跨数百种语言工作，无缝分析文本、图像和视频，开发新的AR工具等。Meta希望RSC能帮助构建新的 AI系统。例如，为一大群使用不同语言的人提供实时语音翻译，使他们能够无缝合作或一起玩 AR 游戏最终为元宇宙的建设铺平了技术道路。

目前，这款AI超级计算机已经部署了760英伟达DGX A作为计算节点，有6080个英伟达A100 GPU。今年晚些时候，RSC将扩展至16000个GPU，提供高达500亿次的混合精度AI计算性能。
据了解，Meta与英伟达联合打造的大型AI研究超级计算机是迄今为止最大的英伟达DGX A100系统。该系统实现了数千个系统GPU集群的系统优化可以训练包含超过1万亿参数的系统优化AI模型，承担实时识别不法内容等工作。
要实现元宇宙级别的高度模拟和模型创建，AI基础设施是必不可少的。AI模型的识别和处理能力可以进行精细复杂的图像处理，使创作者能够更有效地生产内容。AI算法调优能力可以提高视觉、听觉和互动体验。同时，具有自我监督学习能力AI，能够通过大量的文本训练识别有害信息，保护元宇宙的安全。
无论是无人驾驶中对物体的视觉识别、自然语言处理，还是Omniverse（英伟达的3D通过模拟模拟与协作平台AI用来驱动面部表情，背后都是AI技术，AI沈伟告诉记者，技术使创作者能够脱离大量重复性工作，更好地参与虚拟世界和元宇宙的建设。
平台级芯片将是元宇宙的终极战场吗？
无论你想进入《雪崩》的元宇宙，科幻电影《头号玩家》的虚拟游戏世界绿洲，《环境》的人工生命计划环，《三体》(刘慈欣创作的科幻小说)中模拟地外文明的游戏三体VR头盔是必不可少的入场券。
高通技术公司XR业务中国区负责人郭鹏在接受《中国电子报》专访时表示，不论元宇宙会发展成何种形态，人们都会需要终端来把物理空间和数字空间连接在一起，并把大家带入到虚拟现实中。
元宇宙是远存在‘空间互联网’，能够连接现实世界和虚拟世界，创造个性化的数字体验，让人与万物无缝沟通互动。人们将使用智能手机PC、AR/VR终端等计算终端进入反映现实生活的元宇宙。在元宇宙中，大量用户和企业可以使用2D和3D郭鹏指出。
很长一段时间，XR（VR/AR/MR）终端使用手机SoC作为主力处理器。XR设备的规格持续优化，对于视野、分辨率、刷新率、用户感知、环境感知、定位技术的需求也不断提升，更符合XR性能和功耗要求的专用处理器被列入议程。
2018年5月，高通推出骁龙XR该平台是世界上第一个平台XR专用平台。2019年12月，高通公司推出了世界上第一个5G XR平台-骁龙XR2平台。骁龙XR2支持5G连接，每只眼睛90fps3Kx3K七路并行摄像头的分辨率和特殊的计算机视觉处理器。目前，配备骁龙平台的50多个VR和AR终端发布。2020年5月，海思发布XR推出首款可支持8的芯片平台K集成解码能力GPU、NPU的XR支持单眼42的芯片.7PDD(每度像素数)。
在芯片平台的基础上，元宇宙体验的建设还需要渲染引擎、内容生态提供商、互联网公司、社交网络和娱乐企业等产业链的协同作用。郭鹏表示，高通是整个产业链中底层技术的提供商，主要从四个层面支持元宇宙的建设和发展。首先是为制造商提供解决方案XR设备技术问题专用芯片平台；二是构建基于设备技术问题的专用芯片平台；XR参考设计专用平台，帮助合作伙伴加快终端的大规模商业化；第三，针对XR提供软件、空间计算法和架构的技术挑战；最后，启动了一系列硬件和软件生态系统计划，以减轻合作伙伴在产品商业化过程中的负担。
构建芯片性能后，如何有效交付，方便软件开发者、程序员和创建者以黑盒的形式使用，并不亚于芯片制造本身。为此，英特尔、英伟达和高通都为元宇宙创造了丰富的芯片平台，使开发者能够更有效地调用芯片性能。
在英特尔的技术概念中，赋能元宇宙的技术基石可以概括为三个层次。首先，元智能层旨在提供统一的编程模型、开放的软件开发工具和软件开发库，使开发人员更容易部署复杂的应用程序。第二，元操作层专注于向用户提供超越本地的可用计算能力。第三，元计算层为实现元宇宙体验提供了原始动力。
目前，英特尔已经形成了计算水平XPU包括异构计算策略CPU、GPU、FPGA、AI芯片和其他加速器将工作负载与合适的结构相匹配，以满足整个社会对计算能力日益增长的需求。在异构平台上，基于英特尔的软件释放硬件性能oneAPI为开发者提供开放、基于标准的编程环境，打破封闭式编程模型的限制，支持各种平台和架构的编程需求。
英伟达定义为工程师元宇宙平台Omniverse，图形能力，如实时光跟踪，AI和计算（CUDA）三要素打包交付。沈伟说，Omniverse 已成为构建元宇宙或虚拟世界的技术解决方案，将有助于形成一套Omniverse元宇宙系统是一个平台，具有强大的计算能力支持和先进的硬件基础。Omniverse所有构建的未来世界都将由AI计算系统可以驱动和处理所需的信息，如视觉信息、传感器信息、物理信息和自动化智能。沈伟说。
高通公司还为元宇宙所需的空间计算提供了两个层次的芯片和软件算法。第一个层次是我在哪里，我在做什么，即基本的身体感知技术，如用户头部自由定位、手柄定位和手势、眼球、表情和腿部定位。第二个层次是空间定位，即对环境的感知。基于上述技术支持，高通公司可以更有效地支持开发者将虚拟物体融入现实世界。2021年11月，高通公司还推出了头戴式AR开发快龙套件Spaces XR开发者平台为开发者提供创造性的工具AR实现更多可能性。

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