虚拟现实备受瞩目 IC设计对VR发展重要性分析

       在VR发展进程中，IC芯片的设计重要性极高。由于需要处理复杂的图像运算，所以GPU十分关键；而在头戴式显示器无线化的发展上，802.11ad技术极有潜力；此外，定位传感器和动作传感器也是VR应用的重点。

计算能力要求高 GPU是关键

　　目前，虚拟现实（Virtual Reality，VR）备受瞩目，成为厂商聚焦的新兴领域之一。VR会运用到的零组件十分广泛，除了CPU和GPU外，各种传感器也是重要组件。根据拓墣产业研究所（TRI）预测，2016年穿戴式设备总量将达1.12亿台，其中约1400万台为VR装置；2018年预计VR装置可增长到2200万台。

　　对硬件厂商而言，VR装置最重要的参数就是显示器分辨率和刷新率，分辨率决定影像画面的细节度，而刷新率则决定用户在使用VR装置时的舒适程度。

　　由于VR需要让用户拥有不同视角的拟真感受，在图像运算和处理上要求极高，因此在其内部的众多零组件中，GPU最为关键。值得说明的是，对头戴式VR而言，主要的图像运算由后端计算机完成，所以这里的GPU指的是计算机里的显示适配器，而戴在使用者头上的头戴式显示器内部，则以装配MCU和各类传感器为主。

　　整体而言，GPU的核心频率、内存频率、像素填充率、材质填充率、浮点运算能力与光栅处理单元皆为重要的性能判断指标，可以决定画面是否流畅运行和使用者的互动体验是否良好。高效能的核心频率和内存频率让GPU运算更为快速，光栅处理单元是将3D立体图形化为2D平面像素，而浮点运算能力则是决定物理运算能力，比如爆炸碎片的行进方式和角色衣服受风吹动的飘动方式等，皆属物理运算的范围。归纳VR在图形处理时所需技术，可分为实时渲染和场景管控两部分，其中实时渲染仰赖GPU运算能力，而上述如核心频率和内存频率等，皆会影响运算性能优劣，场景管控则牵涉较多的软件算法，依靠CPU程度较高。

　　GPU技术因为门槛高，在独立显卡领域全球目前仅有两家大厂NVIDIA和AMD从事开发；而在移动设备领域内，如Qualcomm和联发科等应用处理器（AP）厂商，皆已将GPU整合进自家SoC中；此外，NVIDIA和AMD都在开发以GPU运算“场景管控”，未来极有机会大幅减轻CPU的运算量。

　　要想避免画面延迟，GPU的运算能力变得十分关键。除硬件规格外，GPU架构更为重要；在软件支持上如Frame Queuing、Timewarp与Asynchronous Timewarp等，同样也很必要。一般而言，从使用者转动头部开始算起，直至图形计算完成，传回头戴式显示器的屏幕中，此时间延迟需低于20ms，才可有效避免晕眩。

从有线到无线：802.11ad的应用

　　在游戏VR系统中，头戴式显示器以有线方式连接至后端计算机，而把手（或手套）连至计算机的方式则为无线设计，可使用Wi-Fi（如802.11ac）或蓝牙技术。虽说现阶段许多游戏内容无需大动作摆动头部，游戏场所也不足以让使用者跑跳起来，显示器看似没有无线连结的需求，但其实在技术和成本效益许可之后，未来无线显示器势必会成为用户的选择，因为这种方式使用更为轻松方便，且不必担心一不留神，便扯到后部的计算机。

　　以1080×1200分辨率和刷新率90Hz的画面为例，传输所需带宽约为2.6Gbps，以一般压缩率为4%～10%计算，压缩后每秒所需带宽为104～260Mbps，对802.11ac（运作于2.4GHz或5GHz）或802.11ad（运作于60GHz）技术来说，皆在可传输范围内，亦即头戴式显示器无线化将成为可行方案。

　　虽说802.11ac Wi-Fi通信技术在良好无干扰的环境下传输速度约可达300Mbps，但此为理想状态速度，尚未考虑频段拥挤和信号干扰等问题，况且若分辨率和刷新率再提升一些，802.11ac的带宽便会不足。而对802.11ad技术来说，目前传输速度距理论值7Gbps还十分遥远，但在不同调变机制下，已可达1G～2Gbps传输速度。

　　因此，头戴式显示器无线化的实现仰赖802.11ad技术的可行性较高。大体而言，802.11ad技术作为无线头戴式显示器的解决方案仍处于研发阶段，即便其带宽大小足够，但在时间上还是会有约100ms延迟，无法达到VR要求。其中，美国芯片商Nitero宣布已和硬件厂伙伴进行合作，将在2016年下半年推出相关的60GHz无线VR产品，届时值得关注其延迟是否可被使用者接受。

　　若数据和画面等可通过无线通信传输，电力需求则成为另一考虑因素。目前WiGig解决方案的功耗仅0.6～0.8W，以3.5V锂电池来计算，电流约为0.2A左右，可令一般3～3.5Ah的手机电池使用15～17.5小时，负担并不大。

 

　　802.11ad技术正开始进入市场，投入的芯片厂以Qualcomm、Intel与SiBEAM为主；CES 2016上，联想的ThinkPad X1 Carbon和宏碁的P648 NB也宣称可支持802.11ad，至于VR上的应用，预计还需1～2年后才会逐渐增多。