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IC設(shè)計(jì)對(duì)VR發(fā)展的重要性有多高？

文章來源：更新時(shí)間：2016/9/29 16:49:00

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在VR發(fā)展進(jìn)程中，IC芯片的設(shè)計(jì)重要性極高。由于需要處理復(fù)雜的圖像運(yùn)算，所以GPU十分關(guān)鍵；而在頭戴式顯示器無線化的發(fā)展上，802.11ad技術(shù)極有潛力；此外，定位傳感器和動(dòng)作傳感器也是VR應(yīng)用的重點(diǎn)。

　　計(jì)算能力要求高 GPU是關(guān)鍵

　　目前，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）備受矚目，成為廠商聚焦的新興領(lǐng)域之一。VR會(huì)運(yùn)用到的零組件十分廣泛，除了CPU和GPU外，各種傳感器也是重要組件。根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究所（TRI）預(yù)測(cè)，2016年穿戴式設(shè)備總量將達(dá)1.12億臺(tái)，其中約1400萬臺(tái)為VR裝置；2018年預(yù)計(jì)VR裝置可增長到2200萬臺(tái)。

　　對(duì)硬件廠商而言，VR裝置最重要的參數(shù)就是顯示器分辨率和刷新率，分辨率決定影像畫面的細(xì)節(jié)度，而刷新率則決定用戶在使用VR裝置時(shí)的舒適程度。

　　由于VR需要讓用戶擁有不同視角的擬真感受，在圖像運(yùn)算和處理上要求極高，因此在其內(nèi)部的眾多零組件中，GPU最為關(guān)鍵。值得說明的是，對(duì)頭戴式VR而言，主要的圖像運(yùn)算由后端計(jì)算機(jī)完成，所以這里的GPU指的是計(jì)算機(jī)里的顯示適配器，而戴在使用者頭上的頭戴式顯示器內(nèi)部，則以裝配MCU和各類傳感器為主。

　　整體而言，GPU的核心頻率、內(nèi)存頻率、像素填充率、材質(zhì)填充率、浮點(diǎn)運(yùn)算能力與光柵處理單元皆為重要的性能判斷指標(biāo)，可以決定畫面是否流暢運(yùn)行和使用者的互動(dòng)體驗(yàn)是否良好。高效能的核心頻率和內(nèi)存頻率讓GPU運(yùn)算更為快速，光柵處理單元是將3D立體圖形化為2D平面像素，而浮點(diǎn)運(yùn)算能力則是決定物理運(yùn)算能力，比如爆炸碎片的行進(jìn)方式和角色衣服受風(fēng)吹動(dòng)的飄動(dòng)方式等，皆屬物理運(yùn)算的范圍。歸納VR在圖形處理時(shí)所需技術(shù)，可分為實(shí)時(shí)渲染和場景管控兩部分，其中實(shí)時(shí)渲染仰賴GPU運(yùn)算能力，而上述如核心頻率和內(nèi)存頻率等，皆會(huì)影響運(yùn)算性能優(yōu)劣，場景管控則牽涉較多的軟件算法，依靠CPU程度較高。

　　GPU技術(shù)因?yàn)殚T檻高，在獨(dú)立顯卡領(lǐng)域全球目前僅有兩家大廠NVIDIA和AMD從事開發(fā)；而在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)，如Qualcomm和聯(lián)發(fā)科等應(yīng)用處理器（AP）廠商，皆已將GPU整合進(jìn)自家SoC中；此外，NVIDIA和AMD都在開發(fā)以GPU運(yùn)算“場景管控”，未來極有機(jī)會(huì)大幅減輕CPU的運(yùn)算量。

　　要想避免畫面延遲，GPU的運(yùn)算能力變得十分關(guān)鍵。除硬件規(guī)格外，GPU架構(gòu)更為重要；在軟件支持上如Frame Queuing、Timewarp與Asynchronous Timewarp等，同樣也很必要。一般而言，從使用者轉(zhuǎn)動(dòng)頭部開始算起，直至圖形計(jì)算完成，傳回頭戴式顯示器的屏幕中，此時(shí)間延遲需低于20ms，才可有效避免暈眩。

　　從有線到無線：802.11ad的應(yīng)用

　　在游戲VR系統(tǒng)中，頭戴式顯示器以有線方式連接至后端計(jì)算機(jī)，而把手（或手套）連至計(jì)算機(jī)的方式則為無線設(shè)計(jì)，可使用Wi-Fi（如802.11ac）或藍(lán)牙技術(shù)。雖說現(xiàn)階段許多游戲內(nèi)容無需大動(dòng)作擺動(dòng)頭部，游戲場所也不足以讓使用者跑跳起來，顯示器看似沒有無線連結(jié)的需求，但其實(shí)在技術(shù)和成本效益許可之后，未來無線顯示器勢(shì)必會(huì)成為用戶的選擇，因?yàn)檫@種方式使用更為輕松方便，且不必?fù)?dān)心一不留神，便扯到后部的計(jì)算機(jī)。

　　以1080×1200分辨率和刷新率90Hz的畫面為例，傳輸所需帶寬約為2.6Gbps，以一般壓縮率為4%～10%計(jì)算，壓縮后每秒所需帶寬為104～260Mbps，對(duì)802.11ac（運(yùn)作于2.4GHz或5GHz）或802.11ad（運(yùn)作于60GHz）技術(shù)來說，皆在可傳輸范圍內(nèi)，亦即頭戴式顯示器無線化將成為可行方案。

　　雖說802.11ac Wi-Fi通信技術(shù)在良好無干擾的環(huán)境下傳輸速度約可達(dá)300Mbps，但此為理想狀態(tài)速度，尚未考慮頻段擁擠和信號(hào)干擾等問題，況且若分辨率和刷新率再提升一些，802.11ac的帶寬便會(huì)不足。而對(duì)802.11ad技術(shù)來說，目前傳輸速度距理論值7Gbps還十分遙遠(yuǎn)，但在不同調(diào)變機(jī)制下，已可達(dá)1G～2Gbps傳輸速度。

　　因此，頭戴式顯示器無線化的實(shí)現(xiàn)仰賴802.11ad技術(shù)的可行性較高。大體而言，802.11ad技術(shù)作為無線頭戴式顯示器的解決方案仍處于研發(fā)階段，即便其帶寬大小足夠，但在時(shí)間上還是會(huì)有約100ms延遲，無法達(dá)到VR要求。其中，美國芯片商N(yùn)itero宣布已和硬件廠伙伴進(jìn)行合作，將在2016年下半年推出相關(guān)的60GHz無線VR產(chǎn)品，屆時(shí)值得關(guān)注其延遲是否可被使用者接受。

　　若數(shù)據(jù)和畫面等可通過無線通信傳輸，電力需求則成為另一考慮因素。目前WiGig解決方案的功耗僅0.6～0.8W，以3.5V鋰電池來計(jì)算，電流約為0.2A左右，可令一般3～3.5Ah的手機(jī)電池使用15～17.5小時(shí)，負(fù)擔(dān)并不大。

　　802.11ad技術(shù)正開始進(jìn)入市場，投入的芯片廠以Qualcomm、Intel與SiBEAM為主；CES 2016上，聯(lián)想的ThinkPad X1 Carbon和宏碁的P648 NB也宣稱可支持802.11ad，至于VR上的應(yīng)用，預(yù)計(jì)還需1～2年后才會(huì)逐漸增多。