產業元宇宙的關鍵技術
為什么多家公司整齊劃一的在現在這個時間點，開始談論元宇宙呢？因為無論是VR虛擬現實、AR增強現實、5G、人工智能、物聯網等技術，都在目前發展到了一個可以初步支撐元宇宙應用的狀態。回想當初，我們經歷過VR的元年，人工智能的元年，但隨后卻都經歷了寒冬，因為當時的技術還無法支撐內容與應用的爆發。產業元宇宙的未來，也會經歷高潮和低谷，是一個螺旋式上升的過程。分析產業元宇宙的關鍵技術，我們應該拿掉情緒，無論我們喜歡還是厭惡，高估還是低估，技術的迭代都會一路奔涌向前。
不可否認的是，產業元宇宙是一個極為復雜的概念，融合了幾乎所有的高新技術，因此木桶效應在產業元宇宙的體現將會非常明顯。木桶效應對于產業元宇宙來說有利有弊。好處在于產業元宇宙可以同時融合多種最為頂尖的技術，創造凝聚人類智慧結晶的產品。壞處在于產業元宇宙的最終價值在于體驗，如果在融合過程中有任意一項技術未達預期，都會對產業元宇宙的實現產生毀滅式的影響。舉個例子，如果VR的分辨率發展沒有達到預期，或者網絡延遲問題遲遲無法解決，那么最終都會無法實現完整版的產業元宇宙。
產業元宇宙的6大核心技術
羅馬不是一天建成的。產業元宇宙基礎設施的建設，需要有領跑者，例如 Meta、英偉達、微軟、Unity等，也需要有投資方和鼓吹者，其中代表性的人物是知名投資人、分析師馬修·鮑爾，他提出了基本構成元宇宙的主要框架。針對產業元宇宙的核心技術，我在鮑爾的基礎上進行了調整，其6大核心技術包括：
終端硬件：虛擬現實的轉接口
通信網絡：虛實世界的傳輸門
計算能力：推進元宇宙的源動力
數字孿生：實體到數字模型的復印機
平臺、工具和標準：消滅小宇宙
數字支付：閉環經濟系統之門
1.終端硬件
硬件可以分為消費端硬件和非消費端硬件。消費端硬件：這部分是常見的手機，手表，VR耳機和VR眼鏡等。這些硬件在不斷的發展中，朝著更好更強大的傳感器、更高性能的電池、更清晰的屏幕、更多樣和更靈敏的觸覺及更清楚的攝像頭等方向發展，其本質就是為了提高用戶的沉浸感。但要達到完整版本的元宇宙設備，提升空間還很大，比如說人類的視覺范圍有210°，但VR眼鏡只有100°左右。非消費端硬件：在創建元宇宙的時候，會不可避免地去“復刻”現實世界的場景，那么工業級別的工業相機、投影和跟蹤系統以及掃描傳感器等就派上用場了，它以遠超人眼的能力以更精細的方式去捕捉各種建筑場景等。此外，包括但不限于GPU芯片和服務器，以及特定于網絡的硬件，例如光纖電纜或無線芯片組等。
2.通信網絡
這里網絡定義為由主供應商、網絡、交換中心和在它們之間路由的服務以及管理“最后一英里”數據給消費者的服務提供持久的、實時的連接、高帶寬和分布式的數據傳輸。其中帶寬、延遲和可靠性是三個最重要的指標。帶寬：單位時間內可以傳輸的數據量。延遲：延遲是指數據從一個點傳輸到另一個點并返回所需的時間。可靠性：這是一個整體的指標，取決于整體的服務質量。用高速公路形容這三個指標，帶寬就是車道的數量，車道的數量越多，可以同時開的車數量也就越多。延遲可以比喻成高速的收費站，ETC的延遲就要比人工審核快的多，如果通行的車輛數量巨大，那么這一點時間差就會被放大到難以接受的地步。可靠性取決于高速公路團隊的整體運營，如果公路某個路段地面不平，及時的修繕能夠帶來很高的可靠性，而放任不管的公路可靠性無疑很差。
3.計算能力
計算能力將是元宇宙一切行為的“燃料”，無論是物理計算、渲染、數據協調和同步、人工智能、投影、動作捕捉和翻譯等多樣化和苛刻的功能，計算都是必不可少的。比如將觸覺傳感器的信號轉化成元宇宙相應的動作，那么其中復雜的轉換就需要計算能力的參與。元宇宙將擁有人類歷史上最大的持續計算需求，計算能力將決定元宇宙規模的上限，因為計算能力不足的話，幾萬人同時在線的元宇宙只可能是天方夜譚。畢竟現在所有種類的計算資源都很稀缺，CPU如此，更別說被深度學習御用的GPU。因此，分布式計算、云計算，隱私計算和邊緣計算等，還有很長的路要走。
4.數字孿生
任何物理實體都可以創建其數字孿生模型，一個零件、一個部件、一個產品、一臺設備、一把加工刀具、一條生產線、一個車間、一座工廠、一個建筑、一座城市，乃至一顆心臟、一個人體等。對于不同的物理實體，其數字孿生模型的用途和側重點差異很大，但其共同特點是對物理對象建立高保真度的數字孿生模型，通過傳感器和物聯網實現物理對象和數字孿生模型的雙向映射，再對數字孿生模型進行可視化和仿真分析，優化其對應的物理對象的性能和運行狀態，診斷和預測可能出現的故障，提升運行績效。數字孿生技術的應用場景橫跨了其物理對象的設計、制造、運營服務到報廢回收再利用的全生命周期。
數字孿生囊括了產品全生命周期、全要素、全過程的數字化描述，即以現實產品的整個生命周期為對象進行映射，使產品孿生模型成為現實產品在虛擬環境中全生命周期的另一條產品生命線。值得一提的是，在這條產品生命線跟隨現實產品的產生直至消亡之后，產品的數字孿生模型并不會因現實產品的消亡而終止其存在的意義，反而會繼續將現實產品的生命在虛擬環境中延續下去，成為下一代產品誕生的知識積淀。因此，只有當產品全生命周期的數據與信息流實現閉合與循環，才能將產品及產品族的發展歷程完整的保存下來，并可以隨時隨地清晰明了地展現出來，成為企業寶貴的財富。
5.平臺、工具和標準
這與現在的各種產業互聯網平臺非常相似，不同的地方主要在于規模，產業元宇宙的虛擬平臺包含數量更為巨大的開發者和內容生產者。成功的標志是平臺會產生良性循環，更好的技術和工具以帶來更好的體驗，這會帶來更多用戶，意味著可以產生更多平臺利潤，通過它可以產生更好的技術和工具，以及通過創造者、開發者獲得更大的利潤，可以通過它獲得更好的體驗產生，從而吸引了更多的開發者和更多的用戶等。
如何形成具有共識的工具和標準無疑是非常重要的，不然未來就會有多個小宇宙，而每個小宇宙的標準可能不盡相同，甚至區別很大，那么這兩者之間進行交互就會產生巨大的困難。
6.數字支付
對數字支付流程、平臺和運營的支持，其中包括對純數字貨幣和金融服務的法定入口，包括加密貨幣，例如比特幣、以太坊和其他區塊鏈技術。元宇宙作為移動互聯網的繼承者，又被定位為人類休閑、勞動和生存的平臺。這一愿景的成功取決于元宇宙是否擁有繁榮的經濟。那么現實生活存在的經濟活動在元宇宙也同樣存在，企業競爭和不斷的顛覆/替代循環、大量盈利企業（尤其是中小型企業）、資本流動、強勁的消費者支出。提到支付，就不得不提到區塊鏈，區塊鏈仿佛是為了元宇宙而創作的。簡單來說，它具有去中心化，也就是無需中介產生的額外費用；透明，每筆交易透明公開；不可篡改；可溯源機制；效率高；可長期保存等優點。
在本章隨后的部分，我們將對這6個核心技術進行詳細討論。
終端硬件：虛擬現實的轉接口
經歷半年元宇宙相關概念的“狂轟亂炸”，相信我們對增強現實（AR，Augmented Reality）這項技術不會陌生，她將虛擬信息和現實世界巧妙融合，通過對計算機生成的文字、圖像、模型等信息模擬仿真，映射和應用到真實世界，使兩種信息互為補充，從而完成對現實世界的“增強”。AR這把通往產業元宇宙大門的“鑰匙”之一，也曾經歷潮起潮落。從2020年開始，AR逐步蓄勢爆發，尤其在今年，AR將邁入蓬勃發展的康莊大道。
一份最新的分析報告尤其引人矚目。根據方舟資本的預測，到2030年增強現實AR的市場規模將從10億美元擴大至1萬億美元，增長足足1000倍！方舟資本認為，在初期面向消費者的AR體驗承載于智能手機之上，而在今后10-20年內，AR的重要載體是頭戴式移動設備。根據預測，2022年底將有大批消費級AR頭顯設備上市，這些設備或將引發可穿戴計算平臺的蓬勃發展。由此帶動，到2030年AR將深刻變革人們的工作、購物、交互和娛樂體驗，增強現實的整體市場規模也將迎來指數級提升。
方舟資本并不是唯一一家給予AR激進預測的機構。根據IDC估計，2021年雖然售出了不到100萬臺AR眼鏡和頭戴設備，但到2025年，預計AR設備銷量將增長到2340萬臺，也就是5年達到2000%的增長幅度，其中2B企業客戶將貢獻總銷量的85%左右。
在產業元宇宙中，AR是虛與實的交匯點之一。不過AR的誕生先于元宇宙，最早可以追溯到上世紀五十年代。令人記憶猶新的是9年前，在2012年，社交媒體、廣告新聞、期刊雜志上到處是谷歌推出AR眼鏡的消息，甚至英國王子查理斯都成了這款黑科技產品的“代言人”，《時代》周刊更是將其評選為當年最具創新的產品之一。然而，僅僅兩年后，谷歌AR眼鏡項目就被暫停，并登上美國《技術評論》雜志的科技界失敗項目榜單。這一輪AR熱潮再起，雖然難免令人有種“狼又來了”的質疑，但是這一次AR終于化羽成蝶，具備了跨越鴻溝，走上康莊大道的必備條件。
到底具備了哪些條件呢？這里我們得立足于更大視野來觀察，將VR、AR、MR視為一個整體。VR虛擬現實、AR增強現實和MR混合現實等多種技術，可以統稱為XR擴展現實（Extended Reality）。根據統計，2021年全球AR出貨量57萬臺，較2020年增長44%，如果將VR一起納入考慮，則已超越1000萬臺量級，這一行業公認的“奇點”。當下XR的發展階段，可類比智能手機產業蘋果iPhone上市前夕的行業拐點階段。隨著產業鏈和技術不斷發展，內容應用逐步繁榮，生態參與者加速入局，整個產業元宇宙生態正在持續豐滿。
XR上游的供應鏈核心部件通過數年的攻堅戰，取得了突破性的進展，批量裝機和大規模出貨在即。精確傳感、動作跟蹤、3D光學成像、專業視覺計算芯片，以及XR操作系統和計算平臺都逐步成熟。5G、Wi-Fi等基礎網絡通信能力提升，也在為XR做進一步的準備。內容層面，借助云平臺和便捷的開發工具，開發者可以更高效地生產豐富的XR應用內容。加之疫情發生以來，越來越多企業開展“云辦公”“線上經營”“遠程監控”“無接觸生產”，消費者的娛樂需求也日益旺盛。這些都為XR創造了得天獨厚的市場環境，預示著2022年XR或將迎來高光之年。
雖然AR和VR往往同時被提及，兩者都帶來虛擬世界的體驗，他們都是感官擴展技術，但實現路徑存在較大差異：VR是利用設備模擬一個虛擬世界，利用計算機生成一種模擬環境，強調用戶與虛擬世界的實時交互，帶來封閉式、沉浸式的虛擬世界體驗；而AR則借助計算機圖形技術和可視化技術產生真實世界中不存在的虛擬對象，并將虛擬對象準確“放置”在真實世界中，使用戶處真實世界與虛擬世界的交融中，帶來感知效果更豐富的環境體驗。
當然AR和VR也有相同點，其中之一便是他們都曾歷經坎坷。VR這個詞第一次火起來，也是在2012年，與谷歌發布AR眼鏡幾乎重疊。當時有兩家廠商推出了頭戴式的VR設備，一個是當時不為人知的Oculus，一個是手機企業HTC。那一年被不少媒體稱為“VR元年”。2014年，Oculus被曾經的Facebook以30億美元收購了，又掀起了一輪VR小高潮，2016年達到投資高點，群雄逐鹿，好不熱鬧。但是，看似蓬勃發展的VR，結果就終止在熱熱鬧鬧的階段。在2017年，行業投資明顯衰減。之后幾年，沒有一家VR創業的企業在這個行業贏得豐厚的利潤。
整體上看，VR在2012年開始，經歷了4年的熱捧，之后又經歷了4年的低谷，2020年疫情也為VR帶來了曙光，目前VR逐步走出谷底，即將迎來5-10年的穩定增長階段。與VR類似，AR此前并未能引發巨浪，而是形成了4個不同的發展階段：移動AR軟件階段、移動AR硬件階段、捆綁式AR眼鏡階段，以及獨立AR眼鏡階段。
移動AR軟件階段：即在標準智能手機、平板電腦上使用的AR軟件，比如蘋果的ARKit等。
移動AR硬件階段：專用的智能手機、平板電腦AR硬件和軟件，如谷歌Tango智能手機。
捆綁式AR眼鏡階段：需要與智能手機、平板電腦或PC主機綁定的AR硬件，如Nreal Light AR眼鏡。
獨立AR眼鏡階段：無需綁定主機的AR硬件，比如微軟的HoloLens。
雖然AR的技術要求比VR更復雜，涉及與真實環境的融合，傳感器和數據的融合等技術，但是業界普遍認為AR技術的適用場景也更廣泛，AR將比VR更快的商業化落地，收入規模也將大于VR。
根據IDC統計，2020年全球虛擬現實終端出貨量約為630萬臺，VR、AR終端出貨量占比分別為90%、10%。預估2024年終端出貨量將超過7500萬臺，VR、AR成長率分別為56%、188%，AR增速強勁。即便VR現在出貨遠遠領先于AR，但AR終端出貨量有望在2023年正式超車VR。隨著5G技術及5G網絡的發展賦能更多的應用場景，人工智能技術和計算視覺的融合驅動，行業玩家的創新硬件功能驅動。VR、AR技術和應用也呈現融合互通趨勢，MR、XR等概念應運而生。
最終2C消費端和2B端各行各業結合起來，是XR增長的完整故事，如果僅從近期來看，B端為XR的主流生態，XR的增長將由2B端的應用主要帶動。從B端起步，或是以B端反哺C端，是XR企業近幾年的生存之道。2B端應用方面，XR能否有應用前景看三個方面：XR解決方案能否場景化、產品化，具備可復制性；能否真正解決痛點問題，而非偽裝需求；場景市場空間是否足夠大，從而支撐技術開發。
工業領域，XR已經成為基于工業互聯網物聯網平臺實現數字孿生的核心技術之一。比如工業軟件巨頭PTC公司已經將其在產品設計、PLM領域積累的核心優勢，整合至內部XR平臺，依托開放生態中的平臺軟件，推出以數字化映射為基礎的整體框架和整套解決方案。數字孿生幫助PTC在虛擬空間中構建出與物理世界完全對等的數字鏡像，通過收集產品研發、生產制造、商業推廣等維度的數據并進行分析，為下步的產品設計、生產工藝、市場投放等關鍵環節打下基礎。這些場景中XR的應用需求非常清晰，界定相對明確，舉幾個具體例子：
員工培訓：借助XR技術，可以將企業中熟練工人的既有知識經驗和技能固化下來，成為行動準則和模板，對新員工進行培訓。
XR巡檢：相較于人工巡檢，XR巡檢可為現場人員提供豐富的可視化內容，讓后臺數據前置到業務一線。
故障診斷：現場設備的復雜度日益提高，對維修人員的操作提出了新挑戰，這時利用XR技術可以為維修人員提供貼身指導。
質量檢驗：?XR技術用來進行質檢項目的實時顯示，可以將實時信息以可視化的形式展現在工人眼前，并提示可能的原因。操作員可以進行拍照、標注、記錄取證，上傳到后臺。
協作研發：XR可以推進跨地域的協作研發，比如多個工程師利用XR技術在三維空間內共同開發新產品。
輔助配送：?員工佩戴上XR眼鏡后可以通過對貨物進行二維碼、條碼、標簽、文數字OCR等進行識別，匹配對應的貨物信息。
產品演示：XR可以用于產品結構展示與裝配訓練，使受訓人員熟練掌握設備的結構信息和裝配技能，節省了傳統演示與訓練中昂貴的成本并避免了事故的發生。
XR在醫療行業亦帶來了巨大的價值。手術操作訓練中，XR技術可以通過顯示、觸感、力反饋等設備，使接受培訓的醫生沉浸在虛擬場景中，進行手術操作和練習，體驗真實的臨床手術過程，可以有效提高醫生診斷病情和制定治療方案的能力，同時能夠大幅降低傳統培訓中的器材、標本等成本。此外，XR在遠程醫療、診療技術提升等方面也將發揮重要作用，改善醫療資源不均的問題。
XR在行業中的多點開花為從業者注入了劑強心劑，雖然多數產品仍然難以達到穩定的盈利水平，但是也擺脫了過去完全依賴于投資者的局面，形成了有力的造血來源。未來隨著C端用戶數量的不斷提升、B端應用開發的意發豐富，將加速XR在下游應用的發展。
IDC預測，2024年XR技術在2B端的應用案例，主要將圍繞員工培訓、設備維護和產品演示等場景開展。雖然元宇宙是當下的熱點概念，XR設備是元宇宙的重要入口之一，但是這一輪XR的快速增長由上下游產業鏈和內容生態逐步成熟所助推，而并非由元宇宙帶火，反而是XR在2B端的應用將推進產業元宇宙的發展進程。
通信網絡：虛實世界的傳輸門
產業元宇宙所涉及的新技術中，無線通信技術是必不可少的。5G技術毫無疑問將被納入元宇宙技術體系中，針對虛實結合VR、AR、MR、數字孿生等形態，5G無線通信技術的進步為其打下了一定基礎。當前5G對元宇宙的支持并非已經就緒，而是根據場景需求不斷演進。可以說，5G正向元宇宙演進；6G是為元宇宙而生。
產業元宇宙對無線通信提出要求，成為5G標準演進的重要方向。產業元宇宙中多個要素的實現需要通信技術的進步，尤其是沉浸感、低延遲、隨時隨地這三個要素，對于無線通信網絡提出較高要求，在高性能通信網絡加持下，才能提升虛擬空間中的研發、巡檢、質檢、操作等場景體驗。具體來說，沉浸感要求虛擬世界具備對現實世界的替代性，通過VR、AR、MR等設備打開虛擬世界大門，并打破虛擬和現實的屏障，讓人們在元宇宙中實現沉浸式體驗。沉浸感的實現，需要設備性能的提升，而設備和云端或邊緣之間的通信需要通過無線形式實現，也就對當前5G網絡提出明確要求。元宇宙要求高同步低延遲，從而用戶可以獲得實時、流暢的完美體驗，而現實和虛擬世界之間的鏡像或孿生通過通信網絡實現同步，這一要素也正是5G的重要特點。5G極可靠低延遲通信uRLLC場景對于空口時延要求達到毫秒級，在空口側能夠基本滿足元宇宙低延遲要求。隨時隨地要求人們在未來能實現擺脫時空限制，隨時隨地進入元宇宙的愿景。要實現這一愿景，不僅各類元宇宙終端設備要具備隨時隨地攜帶的特點，設備還具備隨時隨地接入網絡的特點，這也和無線通信向著空天地一體化發展的愿景吻合，給元宇宙各類應用場景提供隨時隨地接入的能力。
5G標準演進，已考慮到元宇宙的特殊需求。5G標準的演進，通過提升多個方面性能以及滿足更多行業場景，滿足業界對無線通信的需求。元宇宙廣泛的場景和多樣化技術融合，使5G標準演進中大部分內容對元宇宙形成支撐，大帶寬、低時延高可靠、低功耗大連接等都是元宇宙所需要的能力。值得關注的是，5G標準演進對很多細分領域做了大量研究和標準化工作，從一定程度上解決了元宇宙的一些具體問題，其中最為典型的是5G標準對XR的專門研究和標準化工作，直接面對的是虛實相融世界的多個痛點。
5G標準中對XR的研究始于兩年前，在2019年12月9日到12日期間，3GPP RAN第86次全會在西班牙召開，3GPP標準專家對5G演進標準R17進行了規劃和布局，圍繞“網絡智慧化、能力精細化、業務外延化”三大方向共設立23個標準立項。其中，高通牽頭提出了基于5G NR支持XR的評估研究項目，是R17中新增的“從0到1”新研究的項目。XR指的是擴展現實，其中包括AR、VR和MR，這正是元宇宙虛實融合的核心交互界面。XR作為新興業務，要求在支持低時延高可靠的同時保證大帶寬，這對5G網絡提出了新的挑戰，運營商需要聯合產業尋求更多的網絡優化手段，以保證運營商網絡具備大規模支撐XR的能力。5G采用邊緣計算讓云端的計算、存儲能力和內容更接近用戶側，使網絡時延更低，用戶體驗更極致，使能AR、VR和MR等應用。
同時，得益于5G低時延、大帶寬能力，終端側的計算能力還可以上移到邊緣云，使得VR頭盔等終端更輕量化、更省電、更低成本。這種“輕終端+寬管道+邊緣云”的模式將砍掉昂貴的終端的門檻，擺脫有線的束縛，從而推動XR應用普及。R17將評估這種邊緣云+輕量化終端的分布式架構，并優化網絡時延、處理能力和功耗等。3GPP在R17中提出的5G NR支持XR的評估研究項目，在2021年12月形成一份技術報告。
在這份長達270多頁的技術報告中，3GPP的專家全面研究了5G對XR支持的多個方面，包括在5G NR環境下，AR、VR、MR的容量、功耗、覆蓋、移動性等性能的評估，并在不同流量模型和無線電頻譜范圍條件下各種性能的評估。2021年12月，3GPP R18確定了第一批立項，在這些立項中，我們又看到了XR的身影，即“XR Enhancements for NR”的課題，在這一課題中，重點研究的是無線接入網側XR業務感知、XR相關節能技術以及XR相關的容量提升技術。
除了無線接入工作組外，3GPP SA1相關工作組也牽頭完成了增強多媒體和觸感網絡的工作，主要針對的應用場景是沉浸式VR、遠程控制和機器人協作。根據中國移動標準專家的介紹，5G R18開始要加強針對XR業務的網絡策略控制，目標是實現滿足業務需求的超低時延、低抖動、服務質量控制和多流協同。未來將走向元宇宙階段，推動人機交互、數字孿生的應用。XR增強的課題，是R18最重要的研究方向之一，這一項目在3GPP第94次全會排序中名列第一，獲得國內外83家公司的支持。主要的研究方向包括支持XR及觸感業務（如手、肘、膝等多部位）的多流協同傳輸，增強網絡開放，針對XR服務和媒體服務傳輸進行服務質量保證和策略增強，流量模式進行增強，網絡需要得到終端電量，從而調整網絡向終端發包的大小和頻率，以保證端到端體驗。其中，針對XR的業務體驗，3GPP在R18啟動了新興沉浸式媒體、XR服務、媒體分發增強的研究，主要考慮XR業務端到端的體驗，并提出相應的研究方向。此前，華為提出5.5G愿景中，其中RTBC（寬帶實時交互）方向就面向XR、全息進行研究，也是3GPP R18中XR增強的重要輸入內容。
6G時代，無線通信“為元宇宙而生”。元宇宙成熟是一個長期演進的過程，與其相伴的是無線通信技術的長期演進。5G并不能完全滿足元宇宙對無線通信的需求，未來6G時代，無線通信將在很大程度上針對元宇宙的愿景形成底層數字底座。2021年6月，IMT2030（6G）推進組發布了《6G總體愿景與潛在關鍵技術白皮書》，這一白皮書對6G的應用場景進行系統闡述，提出面向2030年及未來，6G網絡將助力實現真實物理世界與虛擬數字世界的深度融合，構建萬物智聯、數字孿生的全新世界，主要包括以下場景：
沉浸式云XR
全息通信
感官互聯
智慧交互
通信感知
普惠智能
數字孿生
全域覆蓋
可以看出，6G滿足的大部分場景正是元宇宙規劃的未來場景，這些場景也提出了全面超越5G的通信性能要求，需要6G確定升級的標準來滿足，6G似乎已經成為“為元宇宙而生”的技術。以沉浸式云XR為例，白皮書提到，面向2030年及未來，網絡及XR終端能力的提升將推動XR技術進入全面沉浸化時代。云化XR系統將與新一代網絡、云計算、大數據、人工智能等技術相結合，賦能于商業、工業生產、文化娛樂、教育培訓、醫療健康等領域進入元宇宙場景。而云化XR系統將實現用戶和環境的語音交互、手勢交互、頭部交互、眼球交互等復雜業務，需要在相對確定的系統環境下，滿足超低時延與超高帶寬才能為用戶帶來極致體驗。現有的云VR系統對頭動響應時延的要求不高于20毫秒，而現有端到端時延則達到了70毫秒。面向2030年及未來，基于云化XR的總時延將至少低于10ms。
再以全息通信為例，未來的全息信息傳遞將通過自然逼真的視覺還原，實現人、物及其周邊環境的三維動態交互，極大滿足人類對于人與人、人與物、人與環境之間的溝通需求。而全息通信將對信息通信系統提出更高要求，白皮書提到，在實現大尺寸、高分辨率的全息顯示方面，實時交互需要峰值吞吐量約為近150Gbps，按照壓縮比100計算，平均吞吐量需求約為1.5 Gbps。由于用戶在全方位、多角度的全息交互中需要同時承載上千個并發數據流，由此推斷用戶吞吐量則需要至少達到Tbps量級。
其他場景也都對通信技術提出極高要求，如智慧交互要實現情感思維的互通互動，傳輸時延要小于1毫秒，用戶體驗速率將大于10Gbps，可靠性在很多情況下甚至要達到99.99999%；數字孿生要實現物理世界的數字鏡像，需要網絡擁有萬億級的設備連接能力并滿足亞毫秒級的時延要求，以及Tbps的傳輸速率以保證精準的建模和仿真驗證的數據量要求。面對這些要求，未來6G通過內生智能新型網絡、增強型空口技術、新型物理維度無線傳輸技術、太赫茲、空天地一體化等技術，實現無線網絡能力的顯著提升，這也正是未來元宇宙場景實現的核心底層技術。
計算能力：推進元宇宙的源動力
現實生活中，一切都需要依靠電力來驅動，而計算能力在元宇宙中也起到了類似的作用，它是元宇宙一切行為的“燃料”。產業元宇宙是一個需要三維呈現的虛擬世界，它里面的那些物理計算、渲染、人工智能、動作捕捉、觸覺反饋、數據傳輸等都需要大量的算力支持。在元宇宙的世界里，如果沒有算力，元宇宙只能是鏡花水月。
然而為了支撐產業元宇宙的發展，當前的計算能力明顯不足。在科技巨頭英特爾發布的第一個關于元宇宙的聲明中，就表示雖然他們看好元宇宙的可能性，但算力這個關鍵問題還沒有解決。“元宇宙可能是繼互聯網之后的下一個主要計算平臺。”英特爾高級副總裁兼加速計算系統部門負責人稱，“我們今天的計算、存儲和網絡基礎設施根本不足以實現這一愿景，我們目前的計算能力需要再提高1000倍”。
產業元宇宙的未來將依托龐大的計算機和服務器集群來運行巨大的共享虛擬世界，英特爾在這一點上擁有最多的現實經驗，他們認為今天的計算機不夠強大，無法實現元宇宙，甚至還差得很遠不無道理。英特爾并不認為僅靠硬件就能讓我們達到1000倍的算力，標準的摩爾定律曲線只能讓我們在未來五年內實現約8倍或10倍的增長。反而是算法和軟件的改進，將彌補硬件的差距。
在軟件和算法的輔助之外，產業元宇宙也將帶來計算部署方式的結構性變革：一是，產業應用需要對產生的超高并發的海量非結構化數據進行實時處理和分析，傳統以CPU為核心的計算架構將無法滿足需求；二是，產業應用往往對延時性要求很高，受限于網絡技術發展及網絡帶寬成本，需要通過邊緣側部署來填補短板。因此，圍繞智能計算的 “云-邊-端”協同模式將成為元宇宙計算升級的主要趨勢。
內容生成的四個階段
算力支撐著產業元宇宙中虛擬內容的創作與體驗，內容生成的方式也正在逐步演進。以算力為支撐的AI技術能夠輔助用戶創作，生成更加豐富真實的內容。構建元宇宙最大的挑戰之一是如何創建足夠的高質量內容，專業創作的成本高的驚人，而用戶原創內容UGC平臺也會面臨質量難以保證的困難。為此，內容創作的下一個重大發展將是轉向人工智能輔助人類創作。雖然今天只有少數人可以成為創作者，但這種人工智能補充模型將使內容創作完全民主化。在AI工具的幫助下，每個人都可以成為創作者，這些工具可以將高級指令轉換為生產結果，完成眾所周知的編碼、繪圖、動畫等繁重工作。
數字孿生：實體到數字模型的復印機
有一次我與51WORLD公司副總經理李竹青聊天，談起產業元宇宙，他說如果將產業元宇宙比作是一座高峰，那么數字孿生就是不可或缺的登山杖。關于產業元宇宙，51WORLD很有發言權。這是一家數字孿生平臺公司，已經在虛擬世界構建了上海的完整數字孿生。沒錯，他們為中國最大的經濟中心--上海--創建了數字孿生，包括為東方明珠電視塔和上海中心大廈在內的20多個地標建筑分別建立模型，并使用來自衛星、無人機和傳感器的數據，通過算法生成了建筑、道路、河道和綠地的數字化版本。最終51WORLD計劃將這套模型升級為以接近于實時的更新速度，跟蹤時光持續動態變化，具有“鮮活生命”的數字孿生。
當我的同事與西門子（中國）有限公司執行副總裁王海濱交流時，他也提到：“其實在沒發明或者沒創造元宇宙這個詞之前，西門子一直在做的數字孿生，就和元宇宙有異曲同工的妙意。”
如今流行的元宇宙暢想中，人們想象著平行于真實世界的數字化生活。在元宇宙中并存的現實世界和虛擬世界，兩個世界如何建立關聯？數字孿生無疑是最佳紐帶。數字孿生與來自各種物聯網設備的實時數據相連，能夠鏡像、分析和預測物理對象的行為。雖然關于元宇宙與數字孿生的討論在游戲和互聯網領域最多，但事實上，產業元宇宙中的數字孿生，已經被應用多年，也離我們更近。
數字孿生，最早可以追溯到早期的太空項目。當時，美國國家航空航天局制造模型來監測和修正航天器。例如，在航天器的風洞實驗中，研究人員使用傳感器創建其飛行環境的數字孿生，再使用這些數據模型，優化航天器的物理布局，監控物理數據變化。《經濟學人》預測，從工廠到汽車，萬事萬物都將有數字孿生體。
既然數字孿生是連接虛擬與現實的紐帶，也是構建元宇宙的基礎，那么簡單易用、低成本的數字孿生應用，自然會在產業元宇宙時代拔得頭籌。
按照應用對象劃分，數字孿生主要面向最終用戶和OEM兩個類型的群體。
對應用于最終用戶的數字孿生，構建數字孿生的設計方和應用數字孿生使用方，是同一家企業。
對應用于OEM的數字孿生，構建數字孿生的設計方和應用數字孿生的使用方，來自不同企業。
那么如何使用數字孿生登頂產業元宇宙？提到數字孿生，必然離不開數字線程（Digital Thread）這一概念。數字線程是指利用先進建模和仿真工具構建的，覆蓋產品全壽命周期與全價值鏈，從基礎材料、設計、工藝、制造以及使用維護全部環節，集成并驅動以統一的模型為核心的產品設計、制造和保障的數字化數據流。數字線程承載了貫穿系統價值鏈的作用，用來處理數字孿生有關的數據問題，連通產品全生命周期的數字孿生模型，實現整個生命周期相關信息的無縫集成，使產品設計、工藝規劃、制造和運維過程中所產生的數據能夠鏈接、追溯和管理。
通過數字線程，整個產品生命周期各階段的關鍵數據可以實現同步，從而可以動態、實時地管理產品的技術狀態，確保在發生變更時，各類產品信息的一致性。從數字孿生到數字線程，我們看到了數據維度的豐富，也看到了一個自我改進、敏捷和互聯的供應鏈，如何進行實時通信和操作。
登頂產業元宇宙，數字孿生還需要繼續進化。因為人們需要的不是電鉆，而是墻上的洞；人們需要的不是墻上的洞，而是掛在墻上的畫；人們需要的不是掛在墻上的畫，而是美的體驗。產業元宇宙要讓人們感受到美的體驗。因此在產業元宇宙中，設計服務提供者和最終用戶將發揮重要作用。最終用戶未必知道自己想要什么，需要具備設計能力的專業人士，提供設計服務，提高設計質量的一致性，降低設計的風險。這時，用戶體驗和設計創新將會成為一個新的維度融入數字孿生，令產業元宇宙實現人們知識的傳承，讓個性化、高端服務的規模化成為可能。
產業元宇宙的攀登過程，就是不斷豐富數據的維度，避免信息盲區的過程。任何系統中都存在可見與不可見的問題。數據維度的增加，可以讓我們更好的解決不可見的問題。
我們通過故事來說明。電影《薩利機長》改編自一個真實的故事，全美航空1549號航班迫降事件。在遇到飛機兩臺發動機同時熄火后，薩利機長把飛機迫降在了哈德遜河，這個舉措讓機上155名乘客和機組人員全部獲救。但是，在事后調查的過程中，他的急救策略卻遭到了質疑，調查組有人指出，根據模擬分析，飛機擁有足夠的時間降落到備降機場，而不是水面上。薩利機長查看模型方案后提出，這個模型沒有考慮到“人的延遲反應時間”這一維度。于是經過調查組探討，加上了一定的反應延遲時間，重新進行了多次分析，得到的結論都一致--即飛機墜毀。因此，調查結果最終認定機長的決策雖然具有一定危險性，卻是正確的決策。
使用數字孿生登頂產業元宇宙，需要為企業構建更全面、實時的數據洞察。就像在這個故事中，薩利機長憑借豐富的經驗，提出了數據維度的缺失，識別了不可見的問題。因此數字孿生通過開放的、分布式的協作方式，構建更完善的模型，以達到全面的、實時的數據洞察目的。但是在更多場景中，都有信息盲區的存在，管理者無法掌控全局，缺少將隱形問題顯性化的手段。利用數字孿生這個登山杖，我們可以更好的發現不可見的問題，最終登上產業元宇宙的高峰。
平臺、工具和標準：消滅小宇宙
平臺就是每個使用它的人的經濟價值，超過了創造它的公司的價值。關于平臺商業模式的演變，《平臺戰略》一書從平臺角度將商業組織分成了三類平臺：單邊平臺、雙邊平臺和多邊平臺。
單邊平臺是電氣化時代最典型的模式，追求的是規模效應。雙邊平臺是信息時代的產物，能給商業帶來網絡效應。進入智能時代，在一系列數字技術的加持下，我們正在從“雙邊平臺”走向“多邊平臺”，參與者非常廣泛。多邊平臺最后能達成的商業效果是一個生態。從規模效應疊加到網絡效應，最后疊加成為生態效應，真正的生態效應才是能夠生生不息、延綿不絕的，才是最富有生命力的商業業態。
通過平臺的演進，產業元宇宙將會重構數字時代的生產力、生產資料和生產關系。數據是主要的生產資料，計算能力是新的生產力，平臺將會構建新的生產關系，三者相互促進。
在構建新型生產關系的過程中，標準的作用尤為重要。回首互聯網和移動互聯網的發展，雖然任何一個商業體系的成功背后都有很多偶然性，但是他們顯然做對了某些事情。
從上圖可以看出，互聯網和移動互聯網分別在1990年和2005年左右迎來快速爆發，而且穿越經濟波動，絲毫未受影響。
這兩年前后分別發生了什么事情？1989年，互聯網中的主機數超過10萬大關。1991年伯納斯·李發布了一篇有關萬維網（WWW）項目的短文，被認為是因特網公共服務的初次亮相。萬維網我們都知道，它用鏈接的方法，方便地從因特網上的一個站點訪問另一個站點，從而主動地按需獲取豐富的信息。從此互聯網迅速進入騰飛期，萬維網的整個蔓延過程只能用一個詞來形容：驚人。互聯網服務提供商（ISP）生態快速出現，一年之內互聯網的主機數翻了3倍。1993年全世界只有幾個網站，到1998年就有了幾百萬網絡的規模，每6個月翻一番。
其實，萬維網是“果”，TCP/IP是“因”。TCP/IP建立了一個統一的通信規則，讓此前碎片化的網絡Usenet、BITNet、FidoNet…彼此之間的通信成為可能。可以說是TCP/IP的出現，讓具有特定用途和特點的網絡彼此互通，構成了全世界各種網絡的大集合，為互聯網生態的發展創造了前提條件。
再看移動互聯網。2005年前后，市場上開始出現3G服務。此后的故事我們親身經歷，移動互聯網迎來爆發。同樣，3G只是后話，它的序章是2G移動通信協議。1G開天辟地，群雄割據，經過一段時間的發展，世界范圍內的多家運營商意識到，通信協議繼續混亂的局面行不通，只有遵守相同的標準，彼此互通才對大家都有利。基于這樣的共識，他們聯合起來形成了電信標準化協會。進入2G時代，五花八門的通信協議NMT、AMPS、TACS、C-450…逐步歸于一統。各標準組織之間雖仍有競爭，但合作與融合逐漸成為了主題。
基于TCP/IP和2G構筑的標準“底座”，在1990和2005年之后，互聯網和移動互聯網相繼完成了從線性增長到指數增長的速度切換，進入到由內容和應用帶動硬件設備銷售，由拉力而非推力促進產業發展的良性循環。
一個新的領域想要實現繁榮，我們就要創建盡可能多的新平臺、新技術和新公司，以便建立新生態。在第2章“什么不是產業元宇宙？”這個小節，我們提到產業元宇宙的特征之一是只有一個元宇宙。這就意味著，如果產業元宇宙變得碎片化，形成多個產業小宇宙的話，那么它們不僅不是產業元宇宙，而且會陷入自我拖累的循環。
與互聯網時代、移動互聯網時代有所不同，產業元宇宙的架構涉及7層，因此產業元宇宙的標準所需要涵蓋的部分，不僅涉及通信，還包括平臺、應用和內容。我們需要建立的是一個充分互聯互通的解決方案生態系統，在不同的、甚至競爭的平臺之間能夠無縫連接、自由互通和交換用戶的信息、數據和資產。平臺、工具和標準作為產業元宇宙的骨骼框架，支撐起元宇宙運行體系，將前期各個不同體系下的小宇宙融合一體，從真正意義上消滅小宇宙。
數字支付：閉環經濟系統之門
在元宇宙生態中，閉環經濟系統是構建虛擬世界的基石。正如現實社會中，經濟與貿易的發展始于貨幣的流通和生產資料所有權的確認，虛擬世界中閉環經濟系統的成立，也離不開線上虛擬資產的流通和確權。數字支付作為產業元宇宙經濟體的血管系統，促進數字產品高效、安全流動，倍增數字產品價值。
目前，以NFT（非同質化代幣）為代表的區塊鏈技術已被用于游戲道具等數字資產的確權，同時可使其通過公開平臺進行流動交易。近期，NFT技術在游戲、藝術收藏等領域商業化成果初現。未來，區塊鏈技術有望成為元宇宙中閉環經濟系統的“心臟”。
NFT是一種可交易的資產，可以在區塊鏈上跟蹤誰擁有某一數字物品——比如一件藝術品或電子游戲角色。它們在去年進入了主流意識，成為繼加密貨幣后又一種熱門的虛擬資產。2021年3月，數字藝術家邁克·溫克爾曼（藝名Beeple）的一副NFT畫作以6934萬美元的價格售出，創下了虛擬藝術品拍賣成交價記錄。根據NFT數據公司Nonfungible.com與法巴銀行旗下研究公司聯合發布的報告，2021年全球NFT銷售額達到176億美元，較2020年的8,200萬美元飆升了21,000%。
經過疫情的加速，元宇宙很可能將成為穩固的經濟模式，涵蓋工作和娛樂休閑，發展已久的各種產業和市場，例如金融銀行業、零售、教育、衛生，甚至是成人娛樂等領域，都將出現變化。
另外一個很明顯的趨勢是，疫情前后雖然C端消費者和B端企業的總體支出變化波動性較小，但是在支付的方式上，非接觸式的物聯網支付占比有明顯提升。當設備檢測到庫存不足時，可以實現自動補貨。比如，有些冰箱能夠自動訂購食物，打印機學會了主動購買紙張和墨盒。隨著物聯網支付功能的擴展，很多企業抓住機遇擴展新業務。這些企業并不滿足于僅作為支付通道，他們紛紛嘗試不同的支付和計費方式，逐步強化了在支付過程中的話語權。無論是“人與物”還是“物與物”之間，都可能存在著支付與交易。只要是物品或者服務的“所有權”或“使用權”發生變化，就會伴隨著支付活動的發生。根據上圖中Mercator的分類，支付可以被分為四個象限：物聯網支付、在線支付、面對面支付和重復性支付。這四個象限根據實時和非實時，機器驅動和人類驅動進行劃分。
根據統計，物聯網支付在2019年增長了15%，并且被諸多世界500強企業作為重要的戰略計劃之一，已經達到了相當的市場規模：首屈一指的推進物聯網支付的產業是汽車，包括新能源汽車，以及醫療診斷設備，交易規模為39億美元；第二大使用物聯網支付的領域是打印機、計算機及其制造業，交易額為12.4億美元。消費電子及其制造業，是第三大推進物聯網支付的領域，2019年的交易額為5.85億美元。
從支付的角度來看，從過去的現金社會到當下的無現金社會，未來還將會出現新的支付方式，例如數字貨幣的出現將會對行業產生重要影響。很多物聯網行業的參與者正在從數字貨幣體系、支付方式、加密技術、區塊鏈等角度思考行業的未來發展機遇。
過去，支付的完成就意味著交易的終止。現在，支付的完成意味著一個新的起點。物聯網支付與5G、大數據、人工智能等技術相結合，將會衍生出數據采集、運營管理、會員管理、金融服務等一系列逐層遞進的服務場景。
產業元宇宙的企業版圖
產業元宇宙的科技大軍已經啟程，多家機構紛紛發布了元宇宙圖譜，以下僅是一些代表。
雖然圖譜已經產生，但是產業元宇宙的格局遠未定型，有可能持續發生裂變。舉個例子，比如芯片和云平臺兩個看似毫不相關的領域，正在發生融合。
隨著產業元宇宙的熱浪呼嘯而來，強化了人們對于芯片與計算無處不在的共同想象。因此，芯片和云平臺兩個領域很可能會彼此交融、演進發展，出現一類新的公司，權且將他們稱為“芯片+計算”超級企業。這類公司將同時具備“芯片設計”和“計算平臺”的綜合能力，兩個部分整合將更加有利于風險控制和擴大營收。
在缺芯和疫情之前，一些云平臺企業已經看到過渡依賴于芯片商的供應并不利于長期良性發展。由于造芯流程集中于兩種模式，以英特爾為代表的垂直集成模式，集芯片的設計、制造與封測為一體；以及英偉達、AMD等為代表的垂直分工模式，他們僅負責芯片設計，制造業務外包給臺積電、三星等代工廠。第二種模式讓云平臺企業有機會跳過芯片設計公司，直接入局打造自己的芯片。
過去，云平臺企業從芯片商那里采購芯片，芯片商要么自己制造，要么將制造外包給代工廠，買賣各方的關系非常固定和明確。現在，云平臺企業越來越不愿意將自己獨特的需求和對應用場景的理解，直接分享給芯片商，而是通過自研或者定制的方式，結合軟硬件打造專屬生態。云計算也已經超過IT基礎設施的范疇，向上定義軟件應用服務，向下定義芯片、服務器等硬件。
搭載通用芯片的云服務器在實際的應用中，勢必會造成性能的一部分浪費。因此相當一部分的服務器都要進行針對性的優化，或者需要進行部分配件的調整與革新，也就需要投入大量的人力、精力和財力，造成資源的浪費。因此云平臺企業有動力精簡不必要的功能，降低能耗和計算成本，進而將這些紅利釋放給云端用戶。
鼓搗芯片并非易事，既大量燒錢，又難短期見效。云平臺企業即便資本雄厚，也難為無米之炊，此處ARM和RISC-V在產業鏈中的重要性逐步凸顯。
雖然現在云平臺企業仍舊從傳統芯片商那里采購，但與此同時他們也開起了一條新的鏈路：跳過芯片設計商，基于ARM或者RISC-V架構定制自己的專用芯片，然后委托代工廠生產制造。芯片到底由誰來制造并不重要，核心在于根據需求定義出產品，并且實現從系統需求、芯設計到a生產制造的全鏈條打通。伴隨著這種變化，臺積電和三星等代工廠也樂于擴大自己的客戶群，從云平臺企業直接獲得訂單。
伴隨著產業鏈流程的變化，生產關系和話語權也在微妙的調整中。過去，所有的硬件都是這樣的流程設計出來的：芯片商設計芯片→云平臺企業→最終用戶。硬件基于給定的芯片完成，云平臺無法改變芯片設計，只是選擇購買與否。現在，話語權和決策權越來越多的傾斜到云平臺企業手中，由用戶的需求反向推動技術的迭代，更深入的推進產業升級。云平臺企業一個芯片項目的成敗，并不意味著公司大戰略的成敗，關鍵在于對差異化需求的把握，以服務于整體生態。
圍繞“造芯”的硬件創新已成云廠商必爭之地，除國外云廠商之外，國內阿里、百度、騰訊…也已紛紛布局，用于提高自身云平臺的性能或者調優服務來滿足特定需求和用途。另一股勢力，邊緣計算領域的企業也有充足的財力、人力，爭奪造芯制高點。
“芯片+計算”超級企業，已經初現端倪，未來或將引發更為深遠的產業鏈變化，產業元宇宙的版圖也將持續演進。
