推動元宇宙以更低成本走入生活的幾項技術最新進展

元宇宙是改變我們生活與工作方式的一個重要趨勢，無論是虛實結合場景中的互動性娛樂與消費，還是數字孿生或者虛擬辦公室這樣的新工作空間，以及通過工業(yè)5.0將場景與服務型制造系統連接，都需要一些新的技術來搭建一個多感官沉浸式的、多場景交互的、具備數字支付能力和能夠連接服務型制造的場景，當然也離不開AR/VR眼鏡、4K大屏幕顯示和類似于抬頭顯示（HUD）這些工具及相應內容服務的進步。

雖然今天有很多人談到元宇宙就離不開數字偶像和NFT等新生事物，但元宇宙要真正進入大家的生活，離不開支持以更低的成本帶來更好娛樂、消費和交易體驗，以及流暢地連接到服務型制造系統并完成支付和消費的技術創(chuàng)新。如果說真要用一句話來描述元宇宙，那就是元宇宙就是帶來沉浸感的“科技+藝術+支付帶動娛樂與消費“。

最終能夠導入到消費對于元宇宙的成功至關重要，這也是華興萬邦一直在介紹服務型制造等新模式與元宇宙關系的原因。在上一篇研究文章中，華興萬邦曾經提出了服務型制造和自動駕駛汽車等元宇宙新場景，以及硬件數據處理加速器、基于硬件的安全與安全性技術、新一代通信基礎設施和時空技術等支撐性技術，并推介了工業(yè)和信息化部及浙江省支持成立的服務型制造研究院等機構。

可支撐元宇宙實現上述場景的、可以不斷降低消費者成本和門檻的技術正在快速發(fā)展，這可以從行業(yè)內外的一些大型活動中發(fā)布的新技術可以看出。2022年已經出現了很多推動元宇宙以高性價比模式開始落地的硬件技術，它們都是推動著元宇宙走入我們生活的技術創(chuàng)新。

空間音頻技術創(chuàng)造沉浸式音效

為了追求沉浸式的體驗，過去游戲和視頻業(yè)界除了不斷升級VR/AR眼鏡、智能手機以及大屏幕電視/顯示的分辨率、明亮度和對比度等硬指標，還在不斷開發(fā)各種3D圖形處理和光線追蹤（ray tracing，后面我們還會介紹其最新進展）等技術，它們都為元宇宙提供了非常好的載體和人機界面，尤其是越來越多的4K和8K超清（UHD）大屏電視可以帶來極致的視頻體驗。

但是除了顯示分辨率等硬件指標和3D圖形處理技術，沉浸式音效（immersive audio）也是推動元宇宙進入日常生活的一種不可忽視的手段，支撐沉浸式音效的空間音頻（spatial audio）或者3D音頻技術將會越來越重要，多通道、多音源音響系統設置將會隨著元宇宙的興起而快速發(fā)展。在一些領先的游戲制作公司中，音效制作的預算已經超過了總預算的40%，如Action發(fā)布的“活體解剖者：人面獸心”射擊游戲中，怪物的音源多達8個，環(huán)境聲音源也達到了3個。

在視頻推送服務領域亦是如此，隨著4K超清甚至8K等超高分辨率大屏幕電視的普及，華興萬邦看到許多數字電視制造商和內容提供商都開始提供超越立體聲的音效，如小米電視可以為其會員提供許多帶有杜比音效的電影等視頻內容，杜比實驗室也推出了面向視頻和數字娛樂的Dolby Atmos空間音頻技術，蘋果公司也在去年5月17日面向用戶和藝術家可欣賞和創(chuàng)作沉浸式音頻的空間和無損音頻技術，亞馬遜也開始以每月7.99美元的價格向新用戶推送支持空間音頻技術的音樂……

但是在電視機、游戲機、手機和電腦等主設備不斷提升顯示和音頻質量的同時，無線化的音頻輸出連接還仍然主要停留在采用藍牙連接的兩通道立體聲音頻之上，很難用低成本和高靈活性創(chuàng)造出沉浸式音效。不過，這種情況隨著在高品質無線音頻連接領域具有極高聲譽的WiSA Technologies有限公司推出其面向條形音箱（sound bar）的DS模組將得到解決。

WiSA是全球領先的無線空間音頻技術開發(fā)商，專注于為智能設備和下一代家庭娛樂系統提供空間音頻和沉浸式無線聲效技術，是無線音頻連接專業(yè)組織WiSA聯盟發(fā)起企業(yè)之一，其創(chuàng)新技術已廣泛應用于全球諸多頂級音響設備和電視機廠商的產品之中，如Harman Karldon、B&O、ONKYO和Klipsch等頂級音響廠商，以及富士康、海信、LG電子、夏普、創(chuàng)維、TCL和東芝等電視機制造商。

在今年的CES上，該公司宣布與樂鑫信息科技合作開發(fā)了一款全新的、運行在2.4GHz頻段上的DS無線空間音頻模組，它得益于WiSA經過市場驗證的、高端的5GHz模塊解決方案的可靠性和質量，利用2.4GHz頻段的普及性來大幅度降低成本，從而將其先進的空間音頻技術帶給了普通的音頻系統。大家看指標就可以發(fā)現它與僅支持雙聲道的藍牙音頻連接相比，所帶來的巨大性能提升：

●   支持多達五個獨立的48kHz PCM音頻通道

●   修正過的音頻信號源到揚聲器延遲，能夠滿足視頻口型同步要求

●   帶有動態(tài)網絡優(yōu)化（Dynamic Network Optimization，DynoTM）技術，可確保無線鏈路的可靠性和穩(wěn)定性

●   揚聲器之間的低信道延遲可確保無失真的體驗

圖為WISA的低成本DS模組，為了推動沉浸式音頻技術創(chuàng)新，WiSA開設了空間音頻微信公眾號（上述二維碼）

WiSA科技有限公司總裁兼首席執(zhí)行官Brett Moyer表示：“該模組能夠滿足我們對入門級沉浸式音頻系統的性能和可靠性期望，沒有什么能比一家獨立測試機構所做的測試更能說明問題，2.4GHz的DS模組比目前市場上銷售的其他公司極具競爭力的5GHz模塊產品的性能更優(yōu)，同時還支持額外的音頻通道。”

帶有DS模組的條形音箱和入門級音響可以有多種方式與電視機、游戲機和其他設備相連，然后通過DS模組，即可設計制造出支持多聲道、高可靠和大帶寬連接的空間環(huán)繞聲音響系統，用于觀看電影、視頻、電視、體育節(jié)目和游戲以及元宇宙內容，在與這些高清、超高清大屏幕電視輕松相連的同時，保持成本領先的優(yōu)勢。這是推動元宇宙所需的沉浸式音頻走入大眾生活很重要的一項創(chuàng)新。

數字人民幣為元宇宙落地再添支付手段

在所有元宇宙場景中，無論其根本應用是供用戶娛樂，還是消費和辦公，都需要連接到支付系統，而作為國家法定貨幣的數字形態(tài)，將在未來元宇宙發(fā)展歷程中扮演非常重要的角色。在今年舉辦冬奧會和冬殘奧會上，數字人民幣成了一道亮麗的風景線，無論采用App模式還是新穎的數字人民幣硬件錢包都吸引了廣泛的關注，交易總額超過百億元。

4月7日，中國人民銀行宣布：在前期試點地區(qū)基礎上，增加天津市、重慶市、廣州市、福州市、廈門市、以及浙江省承辦亞運會的六個城市作為試點地區(qū)，北京市和河北省張家口市在2022年北京冬奧會、冬殘奧會場景試點結束后轉為試點地區(qū)。此前，數字人民幣已在深圳、蘇州、雄安新區(qū)、成都、上海、海南、長沙、西安、青島、大連等地和2022年北京冬奧會場景開展試點，基本涵蓋了長三角、珠三角、京津冀、中部、西部、東北、西北等不同地區(qū)。

數字人民幣的一個重要創(chuàng)新就是利用硬件錢包來支持離線支付，使其在常見的App模式之外，為數字人民幣打開了范圍更廣、可在無網絡環(huán)境中使用的硬錢包應用空間。硬錢包芯片可以放置在手機、手表、AR/VR眼鏡頭盔、手環(huán)、電視機、各種專業(yè)的和消費性的設備中，一旦數字人民幣開用，那么這些設備都會變成數字硬錢包。

數字人民幣硬錢包芯片和解決方案需要極高的安全性和易用性，也需要得到政府的進入許可，目前國內的核心玩家有兩家，一家是紫光國微（002049）旗下的紫光同芯，另一家是央企、世界500強企業(yè)中國電子信息產業(yè)集團（CEC）的港股上市公司中電華大科技（00085.HK）旗下的全資子公司中電華大電子，中電華大電子在去年九月利用北京服務貿易博覽會發(fā)布了人民幣硬錢包方案。

北京中電華大電子發(fā)布的數字人民幣硬錢包芯片解決方案

數字人民幣硬錢包將為無數多的設備賦予支付能力，這將有助于拓寬元宇宙的適應人群，比如老人也可以用電視遙控器在電視大屏上加入健康類元宇宙項目，或者社區(qū)性的購物節(jié)目并進行交互和支付，或者使用非智能機的老年手機作為錢包完成支付。但是由于硬錢包技術尚未走進大眾生活，因此其應用還需要大量的創(chuàng)新和應用推廣。

元宇宙與數字人民幣結合是一個可以確定的方向，但是數字人民幣概念已在A股被反復爆炒，和數字人民幣牽強沾邊的股票都暴漲多輪，其中業(yè)績很差的企業(yè)的市值都數倍于持有數字人民幣核心玩家的中電華大科技（00085.HK）的市值（才10億港元左右），而該公司2021年的營業(yè)收入為16.82億港元，同比增加26.96%，同期利潤也有1.26億港元，中電華大電子已經成為全球市值最低的10億元營收“中國芯”股票，預示著數字人民幣路還漫長。

5G小基站：緊貼元宇宙等用戶場景提供通信快車道

元宇宙的發(fā)展離不開可靠、便捷和高性價比的通信連接，5G及未來的移動通信將在其中扮演重要的角色。在4月19日國新辦舉行的新聞發(fā)布會上得知，一季度，我國5G基站新增13.4萬個，累計建成開通155.9萬個，5G網絡已覆蓋全國所有地級市和縣城城區(qū)、87%以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)。

隨著我國5G室外連續(xù)覆蓋基本完成，運營商也將更多的精力轉移到細分場景的覆蓋與建設上，5G建設已經步入深水區(qū)。接下來，在宏基站繼續(xù)部署的同時，小基站也將登上舞臺，一方面作為宏基站的補充，有效增強室內深度覆蓋，另一方面深入垂直行業(yè)和更多細分場景，甚至以定制化的方式為客戶提供服務。

無論是運營商還是其用戶，通信的未來就是服務，高性價比的帶寬只是其中一項，所以我們看到3GPP的成員們在R16和R17里都制定和推廣包括高精度定位等創(chuàng)新技術和服務，這些5G新功能與用于超高清視頻的高速度大流量移動寬帶業(yè)務的eMBB一樣，都可以為沉浸式元宇宙和服務型制造等應用提供支撐。但是宏基站只能提供廣泛服務，無法提供精準或者定制服務，而廣泛服務的利潤率會隨著競爭逐漸降低，5G小基站未來將為行業(yè)創(chuàng)造巨大的增值空間。

5G小基站并不是宏基站的縮減版，而是要真正做到小而美、小而精，在保持高性能的同時，要把成本、功耗和體積都大幅減少和縮小，以支持靈活的部署和方便的運維，才可以經濟、高效、快速滿足行業(yè)用戶需求。根據市場研究機構Dell'Oro預測，未來5年全球小基站市場規(guī)模將達到250億美元。華興萬邦認為要實現這些目標，5G小基站的架構必須走向ASIC或者SoC化。

比科奇（Picocom）作為一家5G小基站基帶芯片及電信級軟件和解決方案專業(yè)提供商，在2021年年底推出了其采用先進工藝打造的5G小基站基帶芯片PC802，這是全球第一顆專門為4G/5G小基站設計打造的SoC，可以在保持高性能的同時，在功耗和成本方面幫助4G/5G小基站實現其核心優(yōu)勢。與采用傳統方案相比，比科奇方案可將成本至少降低一個數量級，功耗也極大降低。在今年的世界移動通信大會（MWC2022）上，比科奇展示了端到端的5G小基站設計

比科奇的核心設計團隊在3G、4G、5G小基站芯片和基帶（物理層）軟件開發(fā)方面有著近20年的開發(fā)經驗。比科奇推出的PC802 SoC是全球首款高性能、低功耗和可編程小基站基帶芯片，該芯片旨在賦能新一代5G NR開放式小基站設備的創(chuàng)新，可使5G以及4G網絡的部署更加靈活，同時大幅度降低這些網絡的資本支出和運營成本。

在設計層面，PC802具有高集成度的物理層功能、極大降低5G小基站設計復雜度。PC802采用標準的物理層軟件接口，無縫支持一體化小基站和分布式小站；在性能方面，PC802是高性能、低功耗NR小基站芯片物理層系統級芯片（PHY SoC），可同時支持4G、5G雙模工作，支持3GPP R15和R16，并且為后續(xù)版本演進預留空間，支持MBB、URLLC等，可滿足各種應用場景的需求。

PC802是整個比科奇團隊三年來堅持創(chuàng)新的結晶和里程碑式成就，現已進入批量出貨的階段，并且比科奇與國內外數十家小基站開發(fā)和生產企業(yè)建立了聯系，并已與其中多家簽署了授權協議，利用比科奇的芯片開展5G小基站研發(fā)活動。除了基帶芯片PC802，比科奇還制定了其他多款芯片產品路線圖，包括數字前端(DFE)芯片PC805、家庭級小基站芯片PC806等，為即將開啟的5G小站的大規(guī)模部署做好萬全準備。

光線追蹤技術：將在元宇宙中大顯身手

元宇宙既是采用科技手段進行創(chuàng)新，也是利用創(chuàng)新科技來支持藝術創(chuàng)意，是用科技和藝術手段將現實世界與虛擬的數字世界相結合，通過融合現實技術來提供沉浸式體驗。支撐元宇宙中的技術包括交互感知技術、內容創(chuàng)作技術、以及真實及質感渲染技術。其中，渲染技術直接決定了使用者的沉浸式體驗質量，而渲染的核心技術要點就是通過3D建模和光線追蹤等方法，對物理規(guī)則進行高精度仿真。

光線追蹤作為一項改變游戲規(guī)則的技術，可以使圖形真實感達到躍升式變化。光線追蹤通過模擬真實世界中光線的表現，它可以創(chuàng)造出與現實生活幾乎無異的三維（3D）場景。對于這一概念，電腦游戲玩家必然是不陌生的。光線追蹤給游戲畫面展示帶來了更為細膩的光照表現和寫實的光影效果，在電視節(jié)目和電影制作中也有廣泛應用，因此華興萬邦認為該技術對元宇宙進入實際商用將發(fā)揮重要的作用。

由于光線追蹤計算極其復雜，該技術不久前也只是應用在臺式機和游戲機上。而Imagination作為一家全球領先的圖形處理器（GPU）技術廠商，于2021年11月推出了旗艦款圖形處理器（GPU）知識產權（IP）產品IMG CXT和革命性PowerVR Photon光線追蹤架構。它們?yōu)橐苿雍颓度胧綉脦碜烂婕壻|量的視覺效果，使移動開發(fā)者和游戲玩家也能夠利用這種令人難以置信的渲染技術和全面的硬件加速功能。Photon架構還為那些最令人興奮的應用提供了光線追蹤功能，包括手機和平板等移動設備、游戲機、增強現實（AR）、桌面、數據中心、云和下一代汽車等應用。

Photon架構代表了Imagination十年來推動光線追蹤在低功耗設備上應用的發(fā)展成果，光線追蹤可以在不同的性能和效率等級下執(zhí)行，為了明確這一點，Imagination建立了光線追蹤等級系統（RTLS），確定了從0級（Level 0）到5級（Level 5）共6個等級的光線追蹤功能的要求。IMG CXT采用的Photon架構處于RTLS的4級（Level 4），這使其成為當前可用的最先進的光線追蹤技術，提升了光線追蹤的性能和效率，從而可為移動游戲玩家和開發(fā)者提供桌面級質量的體驗。

Imagination于近期參加了“2022游戲開發(fā)者大會（GDC 2022）”，并推出了下一代移動游戲圖形處理解決方案。借助于Open 3D Engine（O3DE）的開源跨平臺3D引擎，Imagination運行了采用硬件加速的全域光照光線追蹤解決方案，使其在游戲性能方面達到了一個真正的里程碑，而這些創(chuàng)新還可以推廣到諸如服務型制造等更廣泛的領域。

上面的視頻就是Imagination在今年的GDC上發(fā)布的借助O3DE引擎實現的光線追蹤效果，可以為玩家提供沉浸式的、充滿樂趣的視覺體驗。Imagination的光線追蹤技術不僅得到了業(yè)界領先的游戲開發(fā)商的廣泛稱道，而且也已經授權給了全球領先的電子設備制造廠商，預計在2023年大家都將體驗到這種高效和創(chuàng)新的移動光線追蹤功能，為元宇宙的落地應用提供強大的支撐。

總結與展望

元宇宙的未來不僅取決于Meta這樣的互聯網企業(yè)和Roblox這樣的創(chuàng)作者平臺，而且還取決于創(chuàng)新的硬件技術和新穎的設備，尤其是那些能夠把沉浸式體驗用更低成本帶入到我們生活的技術創(chuàng)新，以及數字人民幣這樣的支付手段，最終去與服務型制造等新的商業(yè)模式融合，在我們大家的日常生活中落地生根并蓬勃發(fā)展。