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| IC設計對VR發(fā)展的重要性有多高？ |
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| 文章來(lái)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芯片的設計重要性極高。由于需要處理復雜的圖像運算，所以GPU十分關(guān)鍵；而在頭戴式顯示器無(wú)線(xiàn)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應用的重點(diǎn)。
計算能力要求高 GPU是關(guān)鍵
目前，虛擬現實(shí)（Virtual Reality，VR）備受矚目，成為廠(chǎng)商聚焦的新興領(lǐng)域之一。VR會(huì )運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。根據拓墣產(chǎn)業(yè)研究所（TRI）預測，2016年穿戴式設備總量將達1.12億臺，其中約1400萬(wàn)臺為VR裝置；2018年預計VR裝置可增長(cháng)到2200萬(wàn)臺。
對硬件廠(chǎng)商而言，VR裝置最重要的參數就是顯示器分辨率和刷新率，分辨率決定影像畫(huà)面的細節度，而刷新率則決定用戶(hù)在使用VR裝置時(shí)的舒適程度。
由于VR需要讓用戶(hù)擁有不同視角的擬真感受，在圖像運算和處理上要求極高，因此在其內部的眾多零組件中，GPU最為關(guān)鍵。值得說(shuō)明的是，對頭戴式VR而言，主要的圖像運算由后端計算機完成，所以這里的GPU指的是計算機里的顯示適配器，而戴在使用者頭上的頭戴式顯示器內部，則以裝配MCU和各類(lèi)傳感器為主。
整體而言，GPU的核心頻率、內存頻率、像素填充率、材質(zhì)填充率、浮點(diǎn)運算能力與光柵處理單元皆為重要的性能判斷指標，可以決定畫(huà)面是否流暢運行和使用者的互動(dòng)體驗是否良好。高效能的核心頻率和內存頻率讓GPU運算更為快速，光柵處理單元是將3D立體圖形化為2D平面像素，而浮點(diǎn)運算能力則是決定物理運算能力，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(chǎng)景管控兩部分，其中實(shí)時(shí)渲染仰賴(lài)GPU運算能力，而上述如核心頻率和內存頻率等，皆會(huì )影響運算性能優(yōu)劣，場(chǎng)景管控則牽涉較多的軟件算法，依靠CPU程度較高。
GPU技術(shù)因為門(mén)檻高，在獨立顯卡領(lǐng)域全球目前僅有兩家大廠(chǎng)NVIDIA和AMD從事開(kāi)發(fā)；而在移動(dòng)設備領(lǐng)域內，如Qualcomm和聯(lián)發(fā)科等應用處理器（AP）廠(chǎng)商，皆已將GPU整合進(jìn)自家SoC中；此外，NVIDIA和AMD都在開(kāi)發(fā)以GPU運算“場(chǎng)景管控”，未來(lái)極有機會(huì )大幅減輕CPU的運算量。
要想避免畫(huà)面延遲，GPU的運算能力變得十分關(guān)鍵。除硬件規格外，GPU架構更為重要；在軟件支持上如Frame Queuing、Timewarp與Asynchronous Timewarp等，同樣也很必要。一般而言，從使用者轉動(dòng)頭部開(kāi)始算起，直至圖形計算完成，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(xiàn)到無(wú)線(xiàn)：802.11ad的應用
在游戲VR系統中，頭戴式顯示器以有線(xiàn)方式連接至后端計算機，而把手（或手套）連至計算機的方式則為無(wú)線(xiàn)設計，可使用Wi-Fi（如802.11ac）或藍牙技術(shù)。雖說(shuō)現階段許多游戲內容無(wú)需大動(dòng)作擺動(dòng)頭部，游戲場(chǎng)所也不足以讓使用者跑跳起來(lái)，顯示器看似沒(méi)有無(wú)線(xiàn)連結的需求，但其實(shí)在技術(shù)和成本效益許可之后，未來(lái)無(wú)線(xiàn)顯示器勢必會(huì )成為用戶(hù)的選擇，因為這種方式使用更為輕松方便，且不必擔心一不留神，便扯到后部的計算機。
以1080×1200分辨率和刷新率90Hz的畫(huà)面為例，傳輸所需帶寬約為2.6Gbps，以一般壓縮率為4%～10%計算，壓縮后每秒所需帶寬為104～260Mbps，對802.11ac（運作于2.4GHz或5GHz）或802.11ad（運作于60GHz）技術(shù)來(lái)說(shuō)，皆在可傳輸范圍內，亦即頭戴式顯示器無(wú)線(xiàn)化將成為可行方案。
雖說(shuō)802.11ac Wi-Fi通信技術(shù)在良好無(wú)干擾的環(huán)境下傳輸速度約可達300Mbps，但此為理想狀態(tài)速度，尚未考慮頻段擁擠和信號干擾等問(wèn)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802.11ad技術(shù)來(lái)說(shuō)，目前傳輸速度距理論值7Gbps還十分遙遠，但在不同調變機制下，已可達1G～2Gbps傳輸速度。
因此，頭戴式顯示器無(wú)線(xiàn)化的實(shí)現仰賴(lài)802.11ad技術(shù)的可行性較高。大體而言，802.11ad技術(shù)作為無(wú)線(xiàn)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(wú)法達到VR要求。其中，美國芯片商Nitero宣布已和硬件廠(chǎng)伙伴進(jìn)行合作，將在2016年下半年推出相關(guān)的60GHz無(wú)線(xiàn)VR產(chǎn)品，屆時(shí)值得關(guān)注其延遲是否可被使用者接受。
若數據和畫(huà)面等可通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(lái)計算，電流約為0.2A左右，可令一般3～3.5Ah的手機電池使用15～17.5小時(shí)，負擔并不大。
802.11ad技術(shù)正開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，投入的芯片廠(chǎng)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(chēng)可支持802.11ad，至于VR上的應用，預計還需1～2年后才會(huì )逐漸增多。 |
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