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IC設計對VR發展的重要性有多高？

文章來源：更新時間：2016/9/29 16:49:00

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在VR發展進程中，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十分關鍵；而在頭戴式顯示器無線化的發展上，802.11ad技術極有潛力；此外，定位傳感器和動作傳感器也是VR應用的重點。

　　計算能力要求高 GPU是關鍵

　　目前，虛擬現實（Virtual Reality，VR）備受矚目，成為廠商聚焦的新興領域之一。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。根據拓墣產業研究所（TRI）預測，2016年穿戴式設備總量將達1.12億臺，其中約1400萬臺為VR裝置；2018年預計VR裝置可增長到2200萬臺。

　　對硬件廠商而言，VR裝置最重要的參數就是顯示器分辨率和刷新率，分辨率決定影像畫面的細節度，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，因此在其內部的眾多零組件中，GPU最為關鍵。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、內存頻率、像素填充率、材質填充率、浮點運算能力與光柵處理單元皆為重要的性能判斷指標，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，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存頻率等，皆會影響運算性能優劣，場景管控則牽涉較多的軟件算法，依靠CPU程度較高。

　　GPU技術因為門檻高，在獨立顯卡領域全球目前僅有兩家大廠NVIDIA和AMD從事開發；而在移動設備領域內，如Qualcomm和聯發科等應用處理器（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的應用

　　在游戲VR系統中，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計，可使用Wi-Fi（如802.11ac）或藍牙技術。雖說現階段許多游戲內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的需求，但其實在技術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）技術來說，皆在可傳輸范圍內，亦即頭戴式顯示器無線化將成為可行方案。

　　雖說802.11ac Wi-Fi通信技術在良好無干擾的環境下傳輸速度約可達300Mbps，但此為理想狀態速度，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技術來說，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，頭戴式顯示器無線化的實現仰賴802.11ad技術的可行性較高。大體而言，802.11ad技術作為無線頭戴式顯示器的解決方案仍處于研發階段，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年下半年推出相關的60GHz無線VR產品，屆時值得關注其延遲是否可被使用者接受。

　　若數據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，負擔并不大。

　　802.11ad技術正開始進入市場，投入的芯片廠以Qualcomm、Intel與SiBEAM為主；CES 2016上，聯想的ThinkPad X1 Carbon和宏碁的P648 NB也宣稱可支持802.11ad，至于VR上的應用，預計還需1～2年后才會逐漸增多。