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[導(dǎo)讀]   在VR發(fā)展進程中,IC芯片的設(shè)計重要性極高。由于需要處理復(fù)雜的圖像運算,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,定位傳感器和動作傳感器也是VR

  在VR發(fā)展進程中,IC芯片的設(shè)計重要性極高。由于需要處理復(fù)雜的圖像運算,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,定位傳感器和動作傳感器也是VR應(yīng)用的重點。

  

  計算能力要求高 GPU是關(guān)鍵

  目前,虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,VR)備受矚目,成為廠商聚焦的新興領(lǐng)域之一。VR會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(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究所(TRI)預(yù)測,2016年穿戴式設(shè)備總量將達1.12億臺,其中約1400萬臺為VR裝置;2018年預(yù)計VR裝置可增長到2200萬臺。

  對硬件廠商而言,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節(jié)度,而刷新率則決定用戶在使用VR裝置時的舒適程度。

  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(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、浮點運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行和使用者的互動體驗是否良好。高效能的核心頻率和內(nèi)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,而浮點運算能力則是決定物理運算能力,比如爆炸碎片的行進方式和角色衣服受風(fēng)吹動的飄動方式等,皆屬物理運算的范圍。歸納VR在圖形處理時所需技術(shù),可分為實時渲染和場景管控兩部分,其中實時渲染仰賴GPU運算能力,而上述如核心頻率和內(nèi)存頻率等,皆會影響運算性能優(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)因為門檻高,在獨立顯卡領(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整合進自家SoC中;此外,NVIDIA和AMD都在開發(fā)以GPU運算“場景管控”,未來極有機會大幅減輕CPU的運算量。

  要想避免畫面延遲,GPU的運算能力變得十分關(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)動頭部開始算起,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算機,而把手(或手套)連至計算機的方式則為無線設(shè)計,可使用Wi-Fi(如802.11ac)或藍牙技術(shù)。雖說現(xiàn)階段許多游戲內(nèi)容無需大動作擺動頭部,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,但其實在技術(shù)和成本效益許可之后,未來無線顯示器勢必會成為用戶的選擇,因為這種方式使用更為輕松方便,且不必擔(dān)心一不留神,便扯到后部的計算機。

  以1080&TImes;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題,況且若分辨率和刷新率再提升一些,802.11ac的帶寬便會不足。而對802.11ad技術(shù)來說,目前傳輸速度距理論值7Gbps還十分遙遠,但在不同調(diào)變機制下,已可達 1G~2Gbps傳輸速度。

  因此,頭戴式顯示器無線化的實現(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,但在時間上還是會有約100ms延遲,無法達到VR要求。其中,美國芯片商 Nitero宣布已和硬件廠伙伴進行合作,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,負擔(dān)并不大。

  802.11ad技術(shù)正開始進入市場,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)計還需1~2年后才會逐漸增多。

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