作者：北京华兴万邦管理咨询有限公司 刘朝晖 陈皓 陈娇
最近一段时间“元宇宙”一词火爆全网和电子信息圈，尤其是在Facebook不再要Face而改名为Meta之后更是形成了一个小高潮，但是很多人是从游戏、VR/AR等角度去诠释这个Metaverse新词，但元宇宙的本质是一种近乎完全数字化的生活和工作环境。所以尽管游戏等行业和应用也许是最快导入元宇宙的领域，但是我们认为自动驾驶汽车、服务型制造、数字孪生、远程教育和医疗等都是向元宇宙方向出发的新场景，而元宇宙也离不开数据处理加速器、数字人民币等信息安全技术和新一代网络连接技术的支撑。
新场景：游戏、VR/AR只是蛋糕的一小块
作为一家长期专注于技术经济学的研究机构，北京华兴万邦管理咨询有限公司团队相信基于智能化、网络化的数字化消费和生产场景，将在今天和未来的经济发展和企业经营中扮演越来越重要的角色，或许成为构建元宇宙的出发点。华兴万邦认为自动驾驶正在实现元宇宙的第一个完整场景，而未来基于服务型制造模式的、将产品定制与使用场景以及个性取向完美相结合的新数字化、场景化消费将成为元宇宙的最重要支柱，所以服务型制造与绿色制造和智能制造一同被写入了我国的十四五规划纲要。
“第十四个五年规划和2035年远景目标纲要”第三篇第八章
自动驾驶会比游戏更完整地把大家带进元宇宙。这是因为如果能将人的双眼和双手彻底释放，自动驾驶车辆将变成封闭的网联空间，它比分众传媒的时长更长、也更加的私密，加上抬头显示（HUD）、硬件虚拟化、语音手势识别和5G（甚至6G）将构成一个真正的全数字化交互环境，乘客在行程中的商业价值将远超今天游戏行业的价值。这是因为消费者可以在这种场景中充分交流、协作和消费，当然也可更好地玩游戏和VR/AR。座舱里的元宇宙才是特斯拉和造车新势力追求的宏大目标，也是自动驾驶技术发展的核心动力。
特斯拉推出的本身算力已非常强大，还能通过彼此互联变得超级强大的D1芯片
但是要创造这种智能、网联和数字化的元宇宙新场景并非易事，这既需要服务型制造等新的经济运行和商业运营模式，也需要大量诸如《头号玩家》一样的沉浸式新内容，更需要一系列重大的、关键的技术创新，才能确保在安全和高效的前提下实现“元宇宙”、开辟新应用并创造巨大的商业价值。这也可以从特斯拉花费重金开发D1芯片和Dojo超级计算机中窥见一斑。
对于服务型制造等新模式在元宇宙时代将扮演什么样的角色，大家也可以关注由工业和信息化部与浙江省政府共同支持建设的“服务型制造研究院”；而对于游戏、AR/VR等元宇宙内容，网上已经有很多了，因而在此也不赘述。而对于元宇宙建设，同样重要的是关键性、基础性的硬件技术，这对我国电子信息产业的发展非常关键，因为元宇宙给我们提供了在同一起跑线上触达未来的宝贵机会。
在工业和信息化部与浙江省政府共同指导下，国内首家服务型制造研究院在杭州临平成立并展开相关研究
元宇宙需要的硬科技有哪些？
华兴万邦认为最为重要的硬件技术包括三大类，一是硬件数据处理加速器技术，第二是基于硬件的安全与安全性技术，第三是新一代通信、连接和时空信息技术。下面是相关技术的一些简单归纳，我们相信也许还有其他更重要的技术，欢迎各位读者与华兴万邦主办的“元宇宙硬科技”微信公众号联系交流，为我们提供更多的信息和线索，我们也将在以后的日子里给大家带来很多相关文章。
硬件数据处理加速器
毫无疑问的是，元宇宙将带来数据指数级的增长，用传统的通用计算处理架构不断增加处理器或者服务器的模式将面临成本和能效等很多问题，这也是英特尔和AMD分别收购Altera和Xilinx的原因。未来无论是在边缘的实时性计算，还是在云中进行数据处理、AI训练、智能存储和分发视频，都离不开硬件加速器，也就是用异构计算模式中专用的处理器去加速某一类数据的处理。
常见的硬件加速器包括现场可编程逻辑门阵列（FPGA）、图形处理器（GPU）、神经网络加速器（NNA）、数字信号处理器（DSP）阵列和TPU等各种针对特定数据（并行）处理的计算单元xPU。除了全球对英伟达的追捧，大家可以从一个案例中看出硬件加速器的效用：比科奇（Picocom）一次流片成功并即将推出商用的5G小基站芯片PC802就采用了一种硬件加速器架构，相对传统基于通用CPU+FPGA的方案，能够将小基站成本和功耗各降低一个数量级。
Imagination Technologies最近发布其旗舰型IMG CXT GPU IP产品，并通过增加Photon硬件光线追踪功能，成为了业界第一个将基于硬件的实时光线追踪引入到移动设备的解决方案，IMG CXT能够为游戏和元宇宙等高性能图形处理应用场景提供强大的性能，支持它们实现沉浸式、低延迟和灵活接入等性能。
首轮次发布的IMG CXT RT3 GPU内核的GPU性能高达1.5 TFLOPS FP32和48 GTexel/s，光线追踪能力达到了1.3 GRay/s和48 GBoxTest/s，同时其AI算力也达到了6.0 TOPS。此外，IMG CXT还采用了高性能多核GPU架构，极大地提升了用户产品的可扩展性和应用范围，可以为从端到边，再到云的各种硬件提供实时光线追踪能力。
采用各种硬件加速器的异构计算已经成为了行业发展的重要趋势，所以世界顶级科技公司纷纷自研采用异构数据处理加速器芯片，也是我国几家图形处理器（GPU）开发商从创立那一天就是独角兽的原因。从目前的发展趋势来看，硬件加速器和异构计算也是我国芯片企业通过结合应用场景，走上“换道超车”的绝好机会，而不是靠拼成本拼流片补贴的“弯道超车”。
对硬件数据处理加速器的强烈需求，带动了对Imagination提供的GPU和NNA硅知识产权（IP），以及Achronix提供的eFPGA IP的需求，以及各种采用并行处理架构的xPU的不断涌现。对算力的渴求是永恒的，但是真正能够支撑元宇宙的一定是那些高性价比、高能效的硬件数据加速器，以及随着应用场景和经济学模式而演变的技术产品形态和相应的运营模式。
元宇宙建设仍处于早期阶段，对提供相关解决方案的公司而言，他们需要随着不同的应用市场规模而采用不同形态的硬件数据加速技术方案，以实现最优规模经济和业务运营。以拥有一个独有FPGA产品组合的Achronix为例，该公司的产品包括高端的Speedster7t系列FPGA器件、Speedcore eFPGA IP和搭载了该FPGA器件的VectorPath PCIe加速卡。
这样的FPGA产品组合可使解决方案提供商能够为其当前的产品和元宇宙运营模式选择合适的硬件加速器，如最早从即刻可用的VectorPath加速卡开始开发，然后随着其运营规模发展扩大而采用独立的Speedster7t FPGA芯片，到其应用规模继续扩大而采用eFPGA IP产品来开发自己的SoC产品，在考量了规模经济的同时，也为其数据加速功能最大限度地重用其FPGA开发成果。
异构计算使越来越多的SoC正在集成eFPGA等加速器IP
基于硬件的安全和安全性技术
尽管元宇宙是数字化的、虚拟的世界，但是它将用户用于实时交易的资产信息和用于交流的隐私信息等全部存放和流通在一个数字的空间中，因此其数据安全变得比以往更加重要，同时提供元宇宙相关环境的设备的安全性也至关重要，如智能驾驶或者自动驾驶汽车更需要引入汽车行业特有的ISO 26262功能安全标准。基于硬件的安全和安全性技术比软件方案具有更高的可靠性和实时性，因而应用场景会越来越多。
安全和安全性是一个看不到地平线的领域，要求技术和法律都要“道高一尺魔高一丈式”地不断完善，我国政府先后出台了《中华人民共和国网络安全法》、《中华人民共和国密码法》、《关键信息基础设施安全保护条例》和《网络安全等保护条例》等法律法规，也有了诸如华大电子这种几十年专注于安全芯片(SE)、因累计销量近200亿颗而名列全球前茅的专业公司。
因此，在越来越严格的法律环境中，还面临着越来越多的“黑客”在寻找着漏洞的同时，无论是正在增加社交和交易功能的云游戏，还是基于服务型制造的新消费场景，以及基于数字孪生的新生产和运营场景，也不管其真正的元宇宙由谁建设、在什么时候建成，所有这些可能的元宇宙场景都需要信息安全技术，以覆盖包括用户认证、数字货币和资产、以及网络连接等，不少场景需要基于硬件的安全技术。此外，像自动驾驶汽车这样的元宇宙环境还需要功能安全性技术。
作为元宇宙建设的最重要的环节之一，数字身份认证、数字支付或数字货币与用户的虚拟资产和资金安全密切相关，而且国家的数字货币推广应用也箭在弦上。过去几年微信、支付宝等基于软件密码的支付手段发展较快，但未来基于硬件的数字钱包将会获得更快的发展。2020年，在人民银行的推动下，数字人民币硬钱包已亮相于试点应用场景中，相关技术将具有广阔前景。
今年9月，北京中电华大电子设计有限责任公司在于北京举办的2021年中国国际服务贸易交易会上，发布了国内首款数字人民币钱包芯片产品及方案，为数字人民币提供了载体；人民银行将通过打造多种钱包产品和开放钱包生态，实现数字人民币线上线下全场景应用。中电华大电子是央企、世界500强中国电子信息产业集团旗下港股上市公司中电华大科技（00085.HK）的全资子公司，其基于安全芯片的数字人民币钱包方案的发布，可以折射出数字人民币正在央行和央企的推动下加速进入现实生活和未来的元宇宙。
在安全网络连接方面，可以肯定的是从AR/VR眼镜及与之相配的运动传感器，或者智能手机等用户端，以及机器等设备旁边的边缘计算设备连接到云，都需要安全的连接技术，这就是全球领先的物联网芯片企业Silicon Labs在率先获得最高级别物联网软硬件安全保护PSA 3级认证后，其集成Secure Vault安全技术的EFR32系列无线SoC在最近两年获得诸多行业大奖的原因。
但是安全和安全性也是一个不出事就容易被遗忘的领域，近期有很多业界话把子都在讨论元宇宙，大家提到最多的是从游戏落地，以互动性和沉浸式的方式吸引客户，并引入社交和交易等功能，很少把安全技术和数字人民币放在其中。所以，元宇宙的安全与安全性，理想很丰满，但道路还非常漫长。
新一代通信、连接和时空信息技术
元宇宙对新一代通信技术和通信基础设施的依赖不难理解，而对于时空信息技术的需求尚未完全浮出水面并成为支撑新应用的新产业，但是多数时空技术都是采用了特定无线通信中到达时间（ToA）算法，因此华兴万邦将其归结为一类技术。新一代通信技术不仅包括5G/6G等低延时、高可靠和大带宽无线通信，以及目前行业中很热的基于光通信的400G/800G等高带宽通信，也需要大量诸如EFR32MG21这样的获得PSA 3级或其他安全认证的无线SoC。
无论元宇宙数字化程度有多高，都需要多元化的硬件设备来支撑，尤其是元宇宙的那些工业和商业应用。除了设备外部的通信，设备内部和芯片内部的连接技术也非常值得关注，这是因为强大的算力需要大带宽的连接来帮助数据在芯片内流动，以及输入输出芯片的高速接口技术。
Achronix用二维片上网络（2D NoC）来解决芯片高带宽内部连接问题
这已经成为高算力处理器的一个瓶颈，许多公司都在致力于解决这类问题，如Achronix为其采用台积电7nm工艺的Speedster7t FPGA芯片配备了二维片上网络（2D NoC），其总带宽超过20Tbps，可以将大量的数据送达内部处理逻辑阵列和芯片接口。此外，国内公司在高速连接上也在不断创新，默升科技（Credo）一直是全球领先的SerDes高速接口IP的供应商，并提供完整的光通信芯片解决方案，覆盖了从25G到800G的全部市场。
华兴万邦认为精准的时空信息是支撑元宇宙的核心信息之一，这其中包括绝对时空和相对时空。包括北斗系统的全球导航卫星系统（GNSS）提供的是绝对时间和空间信息，5G、工业互联网和数据中心都离不开超精准的绝对时间，而且还存在大量的时间敏感网络（TSN）；同时，被应用于自动驾驶等领域的激光雷达超短波雷达是相对位置技术，也是基于飞行时间（ToF）的信号处理技术。
随着自动驾驶正在向元宇宙的一个基础场景挺进，即使采用激光雷达等相对位置技术，能够识别车道的高精度GNSS定位在自动驾驶中仍然不可或缺，只是需要地基增强网络等技术来实现更高精度的定位和导航。随着我国北斗卫星导航系统的建成，以及诸如泰斗微电子等国内芯片企业的快速成长，我国已经可以以自主科技来支持精准时空信息。
泰斗微电子等国内厂商已经开发了全系列的GNSS定位、导航和授时芯片及模组
基于飞行时间（ToF）和其他技术的相对位置和空间信息技术也变得日益重要，无论是游戏、VR/AR、服务型制造（虚拟体验+定制消费），还是远程医疗和教育与工业数字孪生，以及汽车和办公室内的虚拟空间交流，对手势等体姿识别和精细三维空间定位等技术都拥有巨大的市场需求；同时，苹果手机等设备也不断在引入新的相对时空技术。当然，诸如自动驾驶汽车等特定元宇宙应用更是将高精度GNSS定位等绝对位置信息，激光雷达、毫米波雷达和智能座舱手势识别等相对位置信息融合在一起。
结语：元宇宙也要讲业绩
无论是腾讯和Meta从游戏出发建设元宇宙，还是服务型制造研究院在不断推进消费新场景的研究，以及各方造车势力加速自动驾驶汽车的开发，这些行业和市场的元宇宙建设从概念的兴起走向产品和内容的上市和普及，都需要我们期盼着的许多颠覆性技术的出现，也需要诸如虚拟偶像网红带货等与元宇宙相关的一些新的商业模式尽快形成并落地。
Meta（原Facebook）的股价在改名前后的元宇宙热潮中冲高回落
当下元宇宙建设最需要的是技术创新和商业模式创新，而不是过度的炒作。嗅觉灵敏的国内资本市场对元宇宙反应极为兴奋，A股二级市场上形成了元宇宙行情；而在一级市场上，GPU等芯片技术公司的估值也更是高得惊人。不过，在纳斯达克市场中，从Facebook改名为Meta Platforms并没有使其股价一飞冲天，而是震荡中下跌；特斯拉的股价也是在高到马斯克都要幸福地减持之后，从近期高点回落了20%左右。
同时，大家也可以去港股看看，除了近期大幅下跌的腾讯和阿里巴巴，其他与元宇宙建设密切相关的企业的股价过去几个月也在下跌。如全资持有华大电子的中电华大科技（00085.HK），尽管是央企、世界500强公司中国电子旗下的安全芯片设计企业，也是人民银行支持的数字人民币钱包解决方案提供商，但近期的市值一直低于15亿港元，市销率都经常在1倍以下。尽管华大电子继9月初发布数字人民币钱包芯片后，又在今年10月底在深圳一口气发布了智能网联汽车、电子烟防伪、通用耗材防伪和安全云接入等多款安全芯片产品，但是其市值仍然远远低于国内不少营业收入只有其几分之一的新创芯片公司的估值。
元宇宙会影响我们很多人的生活从而带来新的机会，但看清趋势不仅仅是为了炒作，而是要去更清晰地推动创新。借用北京华兴万邦管理咨询有限公司的理念：颠覆不是开发一项技术去比竞品运行得更快，而是用创新技术去建立一个让所有参与者都获益的新生态。元宇宙的落地需要新场景，也需要技术创新。
请编辑和读者朋友注意：
华兴万邦正在打造一个专注于传播与元宇宙相关的硬件科技创新的平台：“元宇宙硬科技”公众号，我们将与伙伴们一起去建设新的硬件科技生态。希望业界朋友们多多提供意见和建议，以及与该公众号传播方向相关的科技信息和业界信息。扫描以下二维码，关注“元宇宙硬科技”公众号
有关硬件数据处理加速器的讨论
北京华兴万邦管理咨询有限公司与中电会展与信息传播有限公司原计划在2021年第四季度共同举办“A-Chips China 2021暨国际硬件数据处理加速器大会”，全面介绍FPGA、GPU、NNA、DSP和RISC-V等硬件加速器技术，以及它们给服务型制造、机器人和智能汽车等新兴场景带来的异构计算新机会，大会的发言人都来自华兴万邦在全球各领域内精选的创新企业。
但是为了更好地防控新冠肺炎疫情，保障所有与会者的健康和顺利出行，该活动将被推迟到2022年春天。如希望报名参会，与来自Imagination、中兴汽车电子、上汽通用、中电科机器人、Achronix、Codasip、沐曦集成电路和XMOS等公司专家，以及撰写本文的华兴万邦团队见面交流，请扫描以下二维码或在“活动行”网站上搜索A-Chips China活动报名，等新的活动时间确定后主办单位将通知大家参会。
