深度解读VR硬件现状与瓶颈 VR芯片哪家强?

2016-08-08 14:11:09     作者:百度VR      来源:百度VR

标签: VR 虚拟现实

VR产业的发展涉及到芯片、可穿戴设备、内容IP、光学设备、系统集成等多个产业生态环节,可以说这是继PC和手机之后又一个能够带动整个生态圈往前进的概念,资本圈和电子圈都在为之疯狂……

VR产业的发展涉及到芯片、可穿戴设备、内容IP、光学设备、系统集成等多个产业生态环节,可以说这是继PC和手机之后又一个能够带动整个生态圈往前进的概念,资本圈和电子圈都在为之疯狂……

在5月18号的谷歌I/0大会上,谷歌发布了基于Android操作系统的虚拟现实(VR)平台Daydream。这似乎给了国内炒得火热的VR产业一剂强心针,对于深圳数量庞大的手机和平板白牌公司(ODM、方案公司)来说,对于VR产业的高门槛一直望而却步。现在好消息来了:谷歌的支持扫平了软件和应用上最大的门槛,也让2016年成为了真正名副其实的VR元年。

三星、索尼、Facebook、HTC等科技巨头都已经推出了自己的虚拟现实设备,据粗略统计,截止2015年12月份国内涉足虚拟现实行业的公司达到上百家,还不包括一些投资商。其中输出设备占到31%,输入设备为30%,内容生产商占到32%,线下体验厂商为6%。在内容开发方面,游戏开发团队占比为13%,全景视频和影视占比33%。

无可否认,和国际巨头相比,国内企业在VR领域的技术积累还相对薄弱,但它们很善于学习,加上敏锐的市场洞察和反应能力,正在迎头赶上。在全球范围内,国际巨头主要专注PC VR的高端市场,国内企业则瞄准了VR一体机的大众化利基市场。

未来3~5年VR产业的成长趋势

根据Business Intellligence 的预测,虚拟现实硬件产品在未来五年将形成一个集中的爆发期,其中头盔式设备年复合增长率达到99%;到2020年全球虚拟现实头盔出货量将达到2500万台

全球虚拟现实头盔出货量增长与预测数据来源:Business Intlligence

在硬件端产业发展的同时,内容产业,特别是虚拟现实娱乐内容的产业也将得到巨大的发展潜能。据统计,中国大陆2015年VR市场销售规模为15.4亿元人民币,预计2016年将达到56.6亿元,同比增长267.5%。到2020年将超过700亿元(折合110亿美元)。Business Intellligence 预测2016年全球虚拟现实(VR,Virtual Reality)软硬件的产值将达67亿美元,2020年会增长到670亿美元。IDC则预测,2016年我国虚拟现实设备(VR)出货量将达到48万台,同比增长476%,行业迎来爆发增长。

ARM MPG 副总裁Dennis Laudick表示,现在是进入VR产业的最好时机。预计到2016年7月将有40余款采用ARM架构的VR产品上线,到年末将超过600余款产品,遍布高中低端以及行业定制,场景化、产品化。

NVIDIA(英伟达)公司全球副总裁、中国区总经理张建中先生表示,目前市场中有超过600家VR公司、40000名以上雇员,募集的资金更是达到了38亿美元。预计在接下来的几年里,VR还将呈现出爆发式增长,到2020年,VR虚拟现实与AR增强现实,其总体市场规模将达到1500亿美元,前景非常广阔。

全志科技VR产品经理陈华锋则认为,“VR产业目前还处于起步阶段,尽管涌现出一些比较有潜质的创业公司,也有一些巨头涌入,但实际销量并不大。”2016年以来,全志以及高通等主流IC设计厂商都推出了VR解决方案,加上BAT等巨头涌入和VC的支持,VR硬件和内容的发展将大为加快,进而推动在用户面的普及。他预计3-5年内,国内VR产品的年销量将达到千万台的级别。

Rockchip全球副总陈峰表示:“2015年可能大家(VR)全部总量加起来出货就几万台,但是今年可能呈指数型增长,预计明年会比今年有几倍的增长。”陈峰认为,VR产业目前鱼龙混杂,而且产品大部分还是在业内人士自己试用,还没有真正到一线的消费者手中。“VR产品价格从最低到最高,有10倍的差距。”陈峰认为,第一批消费者和使用者对VR产业的整体口碑影响是最大的,因此他希望整个产业能够避免低价的恶性竞争,一起努力把VR产业的口碑做好。

哪种VR产品形态将成主流?

“至少三年内,VR还没办法脱离头戴设备的产品形态。”目前主要有三种VR设备形态:PC类VR、盒子类VR、一体机VR。从产品形态来看,Nibiru总经理刘晓飞认为一体机将在VR设备生态中占据非常重要的一席。据介绍,到2016年7月,国内将有40余款VR一体机产品上线,全年将超过600款,遍布高中端定制机。因此,Nibiru将重点发展移动VR相关应用及服务。“我们认为移动VR一体机将在设备和成本方面形成平衡。”

全志科技VR产品经理陈华锋也认为,随着移动互联网的快速发展,加上移动开发环境愈发成熟,移动VR在硬件和内容层面都有望取得更大的突破。Google、Facebook、腾讯等巨头均将重心放在移动VR,特别是一体机,充分表明移动VR一体机才是VR产品的未来。本土芯片厂商Rockchip更是大力推动VR一体机的发展,在近日举行的第14届中国?海峡项目成果交易会上,更是举办了百人同场VR一体机体验交流活动。

“目前市场上四种形态的VR产品,我们想提的是,产品在设计上首先是便携和轻便。HTC VIVE会有好几根线,一根HDMI音频线,还有一根USB的Cable线,还有电源线。

所以应用场景会有局限,必须在封闭空间才能体验。而谷歌盒子方式,成本很低,但是通过插手机方式体验。手机的屏基本上最高支持2K 60hz,上升空间不大。还有一种将电池、radio放到头盔中的VR设备,体验过的人会觉得重量很重。另外我们还需要考虑到,电池放到产品中,安全性的问题也值得考虑。”硅谷数模产品经理刘金文表示。

尽管本土芯片厂商大多看好VR一体机,但是目前市场上的VR一体机都还是属于入门级的产品,在芯片性能上相比高通、英特尔、三星、NVIDIA的芯片方案还是由一定差距。NVIDIA(英伟达)公司全球副总裁、中国区总经理张建中先生就更支持PC VR。他表示在未来很长一段时间里,PC VR和移动式VR都将快速发展,但侧重不同。移动式VR重在VR的交互式体验,降低用户感受VR的门槛,但随着用户对于VR品质的要求会不断提升,有着更强的交互性、更逼真画面的PC VR,其比例会不断提升,并逐渐成为主流。换句话说,要想体验最棒的VR,肯定还是首选PC平台。

资本热潮下,什么样的VR厂商有可能成功?

涉足虚拟现实的上百家公司中多数为初创公司,而一些实力雄厚的上市公司则更多以入股、投资或是收购初创公司的方式进入虚拟现实行业。2015年,各路大佬“屯兵”VR忙得很,红杉资本投资蚁视、迅雷投资大朋、乐视投资灵镜、APUS投资焰火工坊、腾讯投资Pocket Gems、华谊兄弟等投资暴风魔镜,而暴风科技推出的暴风魔镜可以算得上是市面上博眼球的一款产品。

越来越多的资本和企业关注并跨界VR领域,到底什么样的公司能在这一波VR盛宴中分得一杯羹?

全志科技VR产品经理陈华锋认为,一个企业的营收规模和盈利能力,通常和它的市场竞争力成正比。他比较看好三类企业:

一是系统平台厂商和内容应用服务商,Google、Facebook、BAT等互联网巨头有望成为这一类的最大赢家。

二是具有显著竞争优势的硬件厂商,这要求硬件厂商制定非常精准的市场和客户定位,并把产品和用户体验做到极致,才能成为VR领域的苹果、三星、华为。

三是掌握了极致核心技术的上游厂商,对全志等IC设计厂商而言,VR有望成为继智能手机、平板电脑之后的大型增量市场之一。

NVIDIA(英伟达)公司全球副总裁、中国区总经理张建中则认为只要是专注VR,尽最大努力去创造独一无二的优秀VR设备或VR应用,就有机会,NVIDIA无疑也将成为这些优秀企业的重要合作伙伴,为其产品提供性能与技术支撑。

国内VR领域创业者多集中在设备领域,并且以低端入门级产品为主。

图为2015年中国国内VR部分投资项目

哪些芯片厂商加入VR混战?

在目前的手机市场,高通的骁龙820无疑是最强的移动芯片(基于14nm工艺,高通定制的Kryo CPU核心,主频2.2GHz,GPU是Adreno 530),同样如果这款芯片用在VR一体机上,也将会给VR一体机带来出色的性能表现,所以有一些厂商正计划推出基于骁龙820方案的VR一体机产品,比如Pico neo和酷开的“任意门”。

此前的骁龙820处理器发布会上,高通就暗示820将会支持“次世代的虚拟现实以及增强现实计算机视觉的使用”。在CES2016上,高通就展示了搭载820处理器的VR产品——Next VR。

据了解,高通目前研究的技术可以不同外接任何设备,可以通过VR设备里的两个惯性传感器。一个是Gsensor,一个是陀螺仪。再加上一颗放在VR设备前面的摄像头,就可以实现六个维度的捕捉。

不过由于目前VR一体机市场还没有起量,所以高通也并未针对这块市场进行布局。而且骁龙820产品的开发周期相对较长,同时成本也比较高,所以目前市面上很少有基于骁龙820的VR一体机产品。目前国内似乎也只有中科创达、希姆通以及方案厂商有在做高通骁龙820的VR一体机方案。

Rockchip是很早就卡位VR产业的本土芯片厂商。目前英卡、晨芯、品网等众多方案商都有推出基于RK3288方案的VR一体机。其中晨芯还推出了公板方案。据晨芯时代CEO许爱国表示,接下来将会有30多家厂商将会推出基于晨芯公板方案的VR一体机产品。

具体芯片方案方面,目前瑞芯微旗下拥有RK3399、RK3288两款分别针对高中端及入门级市场的VR一体机解决方案。RK3288基于Cortex-A17四核架构,主频1.8GHz,GPU是四核的Mali-T764。在CPU和GPU性能上都还不错。同时也是一款经过长期市场验证的芯片。

RK3399采用big.LITTLE大小核架构,拥有两颗Cortex-A72大核心 四颗Cortex-A53小核心,最高主频可达2.0GHz,是一颗64位六核处理器。GPU采用的是目前ARM Mali系列最强的T880四核。综合性能非常出色。

虽然RK3399性能更强,但是目前这款芯片还没有量产。所以,目前瑞芯微在VR市场的主力仍是RK3288。有报道称,在今年的春季香港电子展上,半数以上的VR一体机产品都采用的是瑞芯微RK3288方案。

陈华锋认为,VR/AR硬件的性能和品质,取决于视频编解码、电源域管理、头部跟踪算法和集成度等核心技术的水平高低。在这些方面,凭借在多媒体方面的多年技术积累,全志H8vr视频一体机方案很好地实现了高性能和低发热的兼得,打造出真正能用的VR一体机产品。

4月21日,全志在上海发布了业内首款可量产的VR一体机解决方案H8vr。和同类竞品相比,它具有低发热、无眩晕、极轻小等三大优势。目前,全志H8vr方案已支持4K VR视频硬件加速,可降低CPU、GPU负载,它还支持OLED low persistence和细分电源域管理,可直接提升电源转化率,从而降低产品功耗及发热。

H8基于Cortex-A7八核架构,支持8核心同时2.0GHz高速运行,同时搭配Imagination PowerVR SGX544 图像处理架构,工作频率可达700M左右。虽然这是针对盒子市场的一款芯片,不过去年就有厂商推出了基于全志H8的VR一体机产品。比如去年上市的偶米科技的首款VR一体机Uranus one就采用了全志H8芯片方案。

接下来全志将会在今年四季度针对移动VR游戏市场推出全新的VR9,其性能将会提升四倍。另外在明年二季度,全志还将推出采用全新架构(可能是ARM最新推出的A73架构呢),集成LTE、AI模块的VR10,其性能相比VR9将提升2倍,同时功耗将降低50%。

在依托于主机和PC的VR设备市场,英特尔有很大的优势。不过在便携式VR一体机市场,英特尔方案用的人则相对较少。而且有用的主要也是其14nm的CherryTrail平台。

比如,暴风于去年11月发布的魔王一体机采用的就是英特尔Z8700四核。今年年初曝光的3Glasses W1同样也是CherryTrail平台的四核(具体型号未知)。不过即便是14nm的英特尔CherryTrail平台,用在VR上,发热也还是很感人的。特别是对于性能较强的Z8700来说。

张建中表示,VR需要强大的图形性能加以支撑,而这正是NVIDIA最为擅长的。“我们不光为用户,为开发者,带来了满足运行这些高品质VR应用的GPU,我们还为开发者提供了VRWorks开发工具,告诉他们如何充分使用NVIDIA GPU的强大性能,如何充分利用NVIDIA一系列先进的图形技术,去改善他们的VR应用。我们甚至还开发了一款名为“Funhouse”的VR游戏,它包含所有NVIDIA针对VR所开发出来的技术,并且是完全开源的,目的就在于帮助我们的合作伙伴,更好的理解、使用这些技术。也正是因为做了这么多的工作,你可以看到,在HTC Vive、Oculus Rift的推荐配置里,几乎全部都采用了NVIDIA GeForce GTX显卡。”

VR设备爆发的硬件条件已经满足?

实际上,VR并不是一个非常新的技术,它已经出现很多年了。在几十年前,美国军方就开始使用VR技术做飞行模拟。为什么现在VR产业到了爆发点呢?ARM MPG 副总裁Dennis Laudick认为VR设备爆发的外部和内部条件已经满足:

首先是成本降低,ARM作为硬件产业链最上游的IP企业,就如同一个室内设计师,好的设计方案也需要好的施工团队的配合。类似于Rockchip、全志这样的采用ARM架构的芯片商,能够用1000元左右的价格带来20年前几万美金的设备体验。不少厂商认为,VR只有将产品做到1500元以内才有机会,如果要想起量的话,可能要控制在1000元以内。

其次是产品的重量、功耗、性能都有了长足的进步。这不是一个简单的工作,需要软件、硬件、光学配件、复杂的系统优化工作。VR面临的挑战包括性能、成本、体验,有的产品看上去性能很强,但是很笨重,这都有可能影响消费者的心理。

最后是应用场景的成熟。除了游戏之外,还包括视频、广告、教育、模拟等行业领域,目前已经可以用相对较低的成本,制作相关的内容。

Dennis Laudick认为,目前业内并没有提供一整套专用的VR的软硬件解决方案。在软件层面,谷歌的“白日梦”系统已经解决了最棘手的问题,高通、intel、MTK、Rockchip、全志等芯片厂商的turnkey方案则扫平了硬件上最大的门槛。

ARM认为高端VR用户体验关键指标在:1、图像刷新率要达到120Hz;2、屏幕分辨率达到4K; 3、图形处理的延时小于4ms ;4、多采样抗锯齿性能要在现有基础上提升4倍。这对于CPU和GPU性能提出了更高的要求。但是就目前的芯片方案来说,基本都还无法满足这些指标。即使能够达到这些指标,那么功耗、发热以及成本控制也是一大难题。不过ARM全新的A73架构和全新的G71 GPU组合,或许会解决这一问题。

“(性能)比我们RK3288低的产品,不应该叫做VR,比我们RK3288高的产品,价格可能是2倍。”Rockchip全球副总陈峰在此次大会现场发布了最新的针对VR设备的旗舰产品RK3399,VR设备从最低端到最高端在性能上可能相差几倍。“如果你要做VR,至少CPU和GPU要达到一个性能,太低的性能只能说是个3D眼镜。我们的3288和3399都是两路的带宽,要做渲染需要很大的带宽。很多芯片都没办法做到很好的体验。”

陈峰表示,谷歌的Daydream平台其实对VR设备的配置有了性能要求,达不到要求的硬件设备是无法兼容该平台的,甚至根本无法开启配套的VR应用。目前首批获得Daydream手机授权的手机品牌已经有三星、HTC、中兴、华为、小米、阿尔卡特、华硕和LG等厂商。

虽然谷歌没有公布具体的配置表,但从公开资料来看,支持Android N的Nexus 6P在延迟上低于20毫秒,如果想要获得流畅的沉浸式体验,减少头晕等VR设备带来的副作用,这个标准是一个门槛。Rockchip目前也在力推“三大VR行业新标准”——20ms毫秒延时、75Hz以上画面刷新率及1K以上陀螺仪刷新率,同时宣称其RK3399、RK3288都支持这三大标准。

作为连接技术提供商,硅谷数模的产品经理刘金文认为,随着市场的发展,一些专用的电子元器件会用到VR的市场。“从VR的技术参数对比来看,分辨率至少要达到8K,才会看不到像素点。刷新率最好达到120FPS,在互操作性上,低延迟最好达到低于6秒。视域最好达到135°。”刘金文认为,在分辨率、刷新率、用户体验和互操作性上,USB-TYPE C将会是最适合VR设备的连接技术。

VR产业还需要跨越哪些鸿沟与挑战?

尽管诸多产业链企业都看好VR设备的发展,但也应看到目前VR产业所面临的瓶颈。作为手机ODM(方案公司)的代表,希姆通(Simcom)是高通首选的VR设备ODM提供商。希姆通VR产品线总经理冯永君表示,在VR设备中,由于对功耗有非常高的要求,在电源管理和功耗方面需要巨大的投入。他特别提到了初次做VR硬件的客户需要跨过的几个门槛:

第一个是CPU/GPU能力的问题,这由上游核心供应商来解决。

第二个是屏显的问题,需要整合一些关键的供应链资源,包括三星、夏普等。

第三个是需要解决延迟问题,这对方案公司提出了要求。

第四个是传感器,需要对主要的供应商进行调试。

第五个是光学。需要对光学设备进行检测。

第六个是计算机视觉。

冯永君表示,以上几个门槛都可以由希姆通来帮忙解决。对于VR产业来说,希姆通能够提供完整的供应链、生产服务。“我们有快速交付的经验,我们的体量、从业经验、服务过的客户,包括我们提供过的产品非常多。我们有完善的质量体系,经过顶级的方案商、品牌商检验。”

冯永君认为,VR产业链最终会发展到跟手机类似。希姆通会立足于硬件服务商的角色,聚焦在底层算法的优化和性能调试,为想要更多进入VR产业的客户提供新的服务和技术支持。最终目的是保证用户拿到体验比较好的VR产品。

全志陈华锋认为,当前VR硬件的技术难题,突出表现在三个方面:

一是发热,这源于CPU/GPU的负载和电源转化率。特别是VR属于穿戴设备,如果IC的功耗控制得不好,不仅会影响佩戴体验,对佩戴者的安全也是不小的隐患。

二是眩晕,它主要和显示延迟、清晰度有关。由于存在眩晕,有的VR产品连续使用不能超过30分钟。

三是体积和重量。功耗大、CPU/GPU的集成度低,那么电池的体积和重量就很难控制,不仅占用空间,也影响用户佩戴的舒适度。

张建中则认为,VR设备首先一点瓶颈就是性能。跟传统1080p的游戏相比,VR需要7倍的性能,才能保证用户获得流畅的VR画面;同时,它还需要不超过20ms的延迟,否则会很容易感到晕。“这也是为什么在三、五年前,我们很少听到有人谈及VR。直到后来,NVIDIA推出了基于第二代Maxwell架构打造的GeForce GTX 980 Ti GPU,它是首款面向最终消费者,是可满足PC VR运行需求的GPU。性能的提升是一方面,我们还做了很多针对VR的优化工作,包括如何缩短延迟,如何以更低的硬件开销,让VR画面看起来更加真实,以及如何减少不必要的性能浪费,将有限的硬件资源用于提升VR性能上面等等。前不久,我们推出了基于NVIDIA Pascal架构的新一代GeForce GTX 1080 GPU,它在底层架构上针对VR做出了大量优化,VR性能更是高达上一代旗舰GPU的两倍!不过尽管如此,我们仍旧担心其性能可能会不够用,分辨率的提高、画面的改善,都会对GPU性能提出更高要求。”

其次是视觉之外的其它感受。不光要有高分辨率的画面,我们还要在声音、物理效果上进一步提高,达到完全沉浸式的VR体验。为此,Nvidia推出了VRWorks Audio以及VRWorks PhysX两项技术,它们可分别模拟VR应用中的声音,以及完全符合物理特性的物理模拟效果,触觉反馈等等。它们只是NVIDIA为进一步提升VR体验所做出的努力的一部分,还有更多工作,更多挑战,等着我们去征服。

目前,虚拟现实体验上的最大问题是眩晕感,体验者连续佩戴的时间可能无法超过30分钟。对于VR设备来说,除了产品性能,眩晕感也是一大难以解决的用户体验。很早就投入3D产业的3D VSTAR总经理杨亚军表示,目前市场上的VR产品,70%的眩晕原因是图像造成,其中大部分原因是光学设备的原因,小部分原因是图像算法问题。

多年来立足于3D技术和产品推广及普及的3DVstar目前也推出了一款自主研发的VR设备 3DVstar VR魔镜。杨亚军表示,这是国内首款一站式VR设备解决方案,3DVstar自主研发的3DVPlayer,将为VR设备提供更可靠多样的应用。

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