元宇宙至少需要1萬倍算力？_metaverse

元宇宙至少需要1萬倍算力？

理想的元宇宙在算力上，比現在至少要提升多少倍？感覺一直以來都是個迷。

先說一下本文的答案，至少1萬倍：

分辨率10倍x刷新率2倍x其他感官10倍x并發人數50倍=10000倍

下面我先引述一下中文媒體此前和元宇宙算力相關的報道。為了確保真實性，我做了一些調研，后面把英文報道也列出來。

芯東西12月16日報道，本周二，英特爾在RTC2021上首次公開談論元宇宙話題。

英特爾公司高級副總裁兼加速計算系統和圖形事業部總經理RajaKoduri撰文稱解讀了英特爾賦能元宇宙的三層技術基石，并在接受外媒QUARTZ專訪時稱，要想實現《雪崩》和《頭號玩家》中天馬行空的體驗，需將現在的算力提升1000倍。

最早見于報道的英文網頁是2021年12月14日的Intel官網：

https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/opinion/powering-metaverse.html

Maxar為元宇宙和虛擬現實推出3D數字孿生解決方案:金色財經報道，Maxar Technologies發布了SYNTH3D，這是一種用于模擬、元宇宙和VR應用的數字孿生技術。高性能3D解決方案將允許創造者構建反映現實世界的虛擬環境。3D數字孿生解決方案是與人工智能初創公司Blackshark.ai合作開發的。Maxar的最新產品將幫助創作者模擬并將真實世界的環境帶入元宇宙和虛擬現實(VR)應用程序。[2023/2/27 12:31:15]

Trulypersistentandimmersivecomputing,atscaleandaccessiblebybillionsofhumansinrealtime,willrequireevenmore:a1,000-timesincreaseincomputationalefficiencyfromtoday’sstateoftheart.

翻譯：真正持久和身臨其境的計算，大規模且數十億人實時訪問，將需要更多：計算效率比當今最先進的提高1000倍。

Linux基金會成立開放元宇宙基金會，將協調開發元宇宙開源軟件和標準:1月19日消息，據官方博客，Linux基金會宣布成立開放元宇宙基金會（Open Metaverse Foundation，OMF），旨在為不同行業提供一個協作空間，致力于為元宇宙開發開源軟件和標準，目前ChainHub基金會、Cloud Native Computing Foundation、Futurewei、GenXP等已成為創始成員。

OMF具體分為八個基本興趣小組（FIG），分別為用戶、交易、數字資產、模擬和虛擬世界、人工智能、聯網、安全和隱私、法律和政策，將提供有針對性的資源和論壇，用于識別新想法、完成工作和招募新的貢獻者，他們由來自特定學科的成員組成，致力于推進其主題中的項目或可擴展技術，并確保解決和管理項目的每個可識別子部分（例如GitHub.org、存儲庫、子目錄、API、測試、問題、PR）的代碼所有權。[2023/1/19 11:20:15]

這是英特爾第一次公開談論元宇宙。詳見：

https://valleyimallcom.b-cdn.net/intel-is-ready-to-talk-about-the-metaverse-quartz/

冷凍食品集團McCain Foods希望年輕消費者在Roblox上種植其元宇宙土豆:金色財經報道，冷凍食品集團McCain Foods希望年輕消費者在Roblox上的新游戲中種植其元宇宙土豆。集成到Roblox流行的Livetopia游戲中，未來農場允許玩家使用可改善和恢復土壤健康的再生農業方法虛擬種植土豆。免費游戲將于今天推出。[2022/10/28 11:53:26]

如果我沒弄錯的話，這也是全球第一次有IT巨頭，針對元宇宙所需算力，表明觀點：

"OnefoundationalthingwealwaysknewisthatforwhatweimaginedinSnowCrash,whatweimaginedinReadyPlayerOne,forthoseexperiencestobedelivered,thecomputationalinfrastructurethatisneededis1000timesmorethanwhatwecurrentlyhave."

翻譯：我們一直知道的一件基本的事情是，對于我們在《雪崩》中想象的，以及我們在《頭號玩家》中想象的，為了提供這些體驗，所需要的計算基礎設施是當前的1000倍。

B站陳睿：“元宇宙”是一個技術創新的浪潮，上海需要奪得先機:1月21日消息，上海市政協委員、上海嗶哩嗶哩科技有限公司董事長兼首席執行官陳睿在參加市政協十三屆五次會議專題會議時說，虛擬世界也就是“元宇宙”，是一個技術創新的浪潮，其意義可能和移動互聯網帶給我們的意義是一樣的。如果能在這個點上奪得先機，將充分激發上海在數字經濟方面的巨大潛能。他同時認為，上海在發展元宇宙產業，需要基于信任數字資產的基建上做一些突破。（上觀新聞）[2022/1/21 9:03:52]

后續也有其他IT巨頭針對元宇宙所需算力提出自己的看法，比較遺憾的是，當我通過各種途徑，詢問倍數的推算邏輯，或者出處時，沒有得到所需。

上周，有位朋友仔細閱讀了《元宇宙十大技術》，并提到將在隨后的公開采訪想提出這個問題。我開始認真地思考，有了初步的結論。考慮并不周全，但有好過于無，期待今天的文章，能夠拋磚引玉，希望更資深的專家拿出更令人信服的說法。如下是計算公式：

n=f1(a1,a2,a3,…)xf2(b1,b2,…)xf3(c1,c2,…)xf4()xf5()x…xg()xh()…

Meta發布觸覺手套預覽片，VR元宇宙更接近現實:11月18日消息，Meta正在直接進入虛擬現實，預覽其最新的觸覺手套研發，在數字領域提供感官反饋。Facebook 于 10 月下旬更名為 Meta，將其重點從社交媒體轉移到 Metaverse 和 VR 技術開發。在 11 月 16 日的博客文章中，Meta 分享了其 VR 技術公司 Reality Labs 在觸覺手套研究方面的最新突破，并指出該產品已經開發了七年。該公司分享了一段視頻，視頻顯示兩個人在演示 Metaverse 中測試觸覺手套，他們握緊拳頭、撿起積木、扔東西、握手、打倒多米諾骨牌和一起玩積木。Meta 表示，這款手套依靠觸覺渲染向手上的執行器發送“精確指令”，這些指令與跟蹤技術相對應，可以精確定位手的位置和元宇宙中虛擬對象的屬性。（CoinTelegraph）[2021/11/18 22:00:18]

n表示結果，也即倍數。

f包括f1,f2,…f5,…，和g,h都代表影響倍數的變量，其中f主要指視覺、聽覺、體感、觸覺、嗅覺、味覺等感官，要達到逼真的感覺，相關的倍數。

一、視覺之分辨率和刷新率

MetaQuest2的頭顯可提供1832x1920像素的分辨率，90Hz刷新率。但要達到沉浸感所需的視網膜級別的顯示效果，需要12450*6840的分辨率，也即最好在14K以上，如下圖1；且刷新率fps最好在180以上。

1832x1920是2K的分辨率。2022年9月Pico4頭顯剛剛發布，其單眼分辨率高達2160*2160，也大約為2K；市場上有少量高端的頭顯能達到4K分辨率，升級到14K，是一個平方的差距關系。

圖1VR頭顯需要多高的分辨率才能實現「視網膜」效果？

我們先來看一下VR頭顯的視覺，涉及到兩個變量，a1代表因分辨率所需提高倍數，a2代表因刷新率所需提高倍數。

分辨率：a1=14*14/4/4=12.25，就按十倍計算

刷新率：a2=180/90=2，也即兩倍

僅兩者就有20倍的算力需求了，也即f1=20

二、其他感覺

個人認為視覺和聽覺，即使是三維空間，也難以讓遠程的交互有身臨其境的感覺。觸覺和體感會大大增強交互的體驗，筆者在2022年春節時，體驗了PICONeo3，即使是手柄，當人在三維空間和他人握手時，手柄的震動帶來的觸覺的感受，也令人印象深刻。如果觸覺手套、觸感背心逐漸普及，會讓人感覺到比鄰若天涯，例如2021年6月，觸覺反饋公司bHaptics推出觸感背心bHapticsTactSuit，用戶佩戴該產品玩支持的游戲，可體會到游戲中角色受到的擊打感。

從視覺拓展到更多維的感官，甚至包括未來可能要普及的嗅覺、味覺，算力需求提升10倍，已經是非常保守的數據了，也即：

f2xf3xf4xf5=10

三、多人并發

其實硬件的各個方面距離元宇宙雛形所需算力，差距都不小。我自己曾經用過一款元宇宙會議APP，大約二三十人，運行了20多分鐘后，手機就比較燙了。

MatthewBall在其新書《元宇宙改變一切》里提到：

《自由之火》中的大逃殺僅限50個玩家同時參與。

當《堡壘之夜》或Roblox等游戲在更狹窄的空間，比如在虛擬演唱會現場開展社交活動時，它們會將并發用戶減少到50個或更少。與標準游戲模式相比，它們還限制了用戶可以做的事情。例如建筑項目可能會被關閉，另外舞蹈動作的數量也會從正常的十幾個或兩個減少到只有一個預設選項。

Roblox現在起保真度相對較低的世界中支持多達200名玩家。

英偉達黃仁勛設想把“粒子物理定律、引力定律、電磁定律、電磁波和無線電波……壓力和聲音”應用到元宇宙中。

不難感覺，如果要構建多人并發的持續共享且實時響應的元宇宙，道路還很漫長。我們假設高保真度，或者較逼真的三維游戲，目前的并發人數為100；如果我們希望完成一個較為簡單的任務，在一個能夠容納5000人的元宇宙會議室。這就意味著需要50倍的算力提升，也即：

g=50

綜上所述，n=20x10x50=10000，也即1萬倍。

這已經是最保守的數據了，例如除了視覺以外，其他多維感官，可能帶來不止10倍的算力提升；并發人數從100到5000，可能不是線性的提升，有可能更多？假設一個場景，周杰倫要在能容納5000人的“元宇宙音樂廳”開大型演唱會，他的數字化身，突然一時興起，邀請200個粉絲的化身上臺分組比賽。這時，要讓5000個人看到的景象保持基本的一致，渲染的工作量比100個人的“元宇宙音樂廳”，提升很可能不止50倍。

另外，更理想的元宇宙，是不是需要百萬、千萬，甚至上億的人并發？

還有，很可能還存在本篇文章沒有考慮到的因素，也將成為算力倍增所需考慮的變量。

元宇宙的算力給我們帶來巨大的挑戰。另外，眾所周知，近些年來，摩爾定律放緩，每年晶體管密度的提升不到3%，如下圖，一方面，算力可能會成為元宇宙迅猛發展的掣肘，但同時元宇宙也會倒逼算力提供商們，盡其所能發展相關軟硬件和算法。

當前可以看到，采用異構加速、多元融合等方式來應對。借助AI，英偉達在過去的4年內將性能提升了16倍。

需要指出的是，應用場景和底層基礎設施是相輔相成，相互促進的；算力也是逐漸增加的，應用場景會“鞭打”算力。總算力每提升10倍，預計就有一批新的應用橫空出世。正如，通信的2G成就了短信和自由通話，3G成就了移動互聯網下的彩信和語音，4G成就了在線視頻和直播。5G會成就什么呢？

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