产业元宇宙的关键技术

为什么多家公司整齐划一的在现在这个时间点，开始谈论元宇宙呢？因为无论是VR虚拟现实、AR增强现实、5G、人工智能、物联网等技术，都在目前发展到了一个可以初步支撑元宇宙应用的状态。回想当初，我们经历过VR的元年，人工智能的元年，但随后却都经历了寒冬，因为当时的技术还无法支撑内容与应用的爆发。产业元宇宙的未来，也会经历高潮和低谷，是一个螺旋式上升的过程。分析产业元宇宙的关键技术，我们应该拿掉情绪，无论我们喜欢还是厌恶，高估还是低估，技术的迭代都会一路奔涌向前。

不可否认的是，产业元宇宙是一个极为复杂的概念，融合了几乎所有的高新技术，因此木桶效应在产业元宇宙的体现将会非常明显。木桶效应对于产业元宇宙来说有利有弊。好处在于产业元宇宙可以同时融合多种最为顶尖的技术，创造凝聚人类智慧结晶的产品。坏处在于产业元宇宙的最终价值在于体验，如果在融合过程中有任意一项技术未达预期，都会对产业元宇宙的实现产生毁灭式的影响。举个例子，如果VR的分辨率发展没有达到预期，或者网络延迟问题迟迟无法解决，那么最终都会无法实现完整版的产业元宇宙。

产业元宇宙的6大核心技术

罗马不是一天建成的。产业元宇宙基础设施的建设，需要有领跑者，例如 Meta、英伟达、微软、Unity等，也需要有投资方和鼓吹者，其中代表性的人物是知名投资人、分析师马修·鲍尔，他提出了基本构成元宇宙的主要框架。针对产业元宇宙的核心技术，我在鲍尔的基础上进行了调整，其6大核心技术包括：

• 终端硬件：虚拟现实的转接口

• 通信网络：虚实世界的传输门

• 计算能力：推进元宇宙的源动力

• 数字孪生：实体到数字模型的复印机

• 平台、工具和标准：消灭小宇宙

• 数字支付：闭环经济系统之门

1.终端硬件

硬件可以分为消费端硬件和非消费端硬件。消费端硬件：这部分是常见的手机，手表，VR耳机和VR眼镜等。这些硬件在不断的发展中，朝着更好更强大的传感器、更高性能的电池、更清晰的屏幕、更多样和更灵敏的触觉及更清楚的摄像头等方向发展，其本质就是为了提高用户的沉浸感。但要达到完整版本的元宇宙设备，提升空间还很大，比如说人类的视觉范围有210°，但VR眼镜只有100°左右。非消费端硬件：在创建元宇宙的时候，会不可避免地去“复刻”现实世界的场景，那么工业级别的工业相机、投影和跟踪系统以及扫描传感器等就派上用场了，它以远超人眼的能力以更精细的方式去捕捉各种建筑场景等。此外，包括但不限于GPU芯片和服务器，以及特定于网络的硬件，例如光纤电缆或无线芯片组等。

2.通信网络

这里网络定义为由主供应商、网络、交换中心和在它们之间路由的服务以及管理“最后一英里”数据给消费者的服务提供持久的、实时的连接、高带宽和分布式的数据传输。其中带宽、延迟和可靠性是三个最重要的指标。带宽：单位时间内可以传输的数据量。延迟：延迟是指数据从一个点传输到另一个点并返回所需的时间。可靠性：这是一个整体的指标，取决于整体的服务质量。用高速公路形容这三个指标，带宽就是车道的数量，车道的数量越多，可以同时开的车数量也就越多。延迟可以比喻成高速的收费站，ETC的延迟就要比人工审核快的多，如果通行的车辆数量巨大，那么这一点时间差就会被放大到难以接受的地步。可靠性取决于高速公路团队的整体运营，如果公路某个路段地面不平，及时的修缮能够带来很高的可靠性，而放任不管的公路可靠性无疑很差。

3.计算能力

计算能力将是元宇宙一切行为的“燃料”，无论是物理计算、渲染、数据协调和同步、人工智能、投影、动作捕捉和翻译等多样化和苛刻的功能，计算都是必不可少的。比如将触觉传感器的信号转化成元宇宙相应的动作，那么其中复杂的转换就需要计算能力的参与。元宇宙将拥有人类历史上最大的持续计算需求，计算能力将决定元宇宙规模的上限，因为计算能力不足的话，几万人同时在线的元宇宙只可能是天方夜谭。毕竟现在所有种类的计算资源都很稀缺，CPU如此，更别说被深度学习御用的GPU。因此，分布式计算、云计算，隐私计算和边缘计算等，还有很长的路要走。

4.数字孪生

任何物理实体都可以创建其数字孪生模型，一个零件、一个部件、一个产品、一台设备、一把加工刀具、一条生产线、一个车间、一座工厂、一个建筑、一座城市，乃至一颗心脏、一个人体等。对于不同的物理实体，其数字孪生模型的用途和侧重点差异很大，但其共同特点是对物理对象建立高保真度的数字孪生模型，通过传感器和物联网实现物理对象和数字孪生模型的双向映射，再对数字孪生模型进行可视化和仿真分析，优化其对应的物理对象的性能和运行状态，诊断和预测可能出现的故障，提升运行绩效。数字孪生技术的应用场景横跨了其物理对象的设计、制造、运营服务到报废回收再利用的全生命周期。

数字孪生囊括了产品全生命周期、全要素、全过程的数字化描述，即以现实产品的整个生命周期为对象进行映射，使产品孪生模型成为现实产品在虚拟环境中全生命周期的另一条产品生命线。值得一提的是，在这条产品生命线跟随现实产品的产生直至消亡之后，产品的数字孪生模型并不会因现实产品的消亡而终止其存在的意义，反而会继续将现实产品的生命在虚拟环境中延续下去，成为下一代产品诞生的知识积淀。因此，只有当产品全生命周期的数据与信息流实现闭合与循环，才能将产品及产品族的发展历程完整的保存下来，并可以随时随地清晰明了地展现出来，成为企业宝贵的财富。

5.平台、工具和标准

这与现在的各种产业互联网平台非常相似，不同的地方主要在于规模，产业元宇宙的虚拟平台包含数量更为巨大的开发者和内容生产者。成功的标志是平台会产生良性循环，更好的技术和工具以带来更好的体验，这会带来更多用户，意味着可以产生更多平台利润，通过它可以产生更好的技术和工具，以及通过创造者、开发者获得更大的利润，可以通过它获得更好的体验产生，从而吸引了更多的开发者和更多的用户等。

如何形成具有共识的工具和标准无疑是非常重要的，不然未来就会有多个小宇宙，而每个小宇宙的标准可能不尽相同，甚至区别很大，那么这两者之间进行交互就会产生巨大的困难。

6.数字支付

对数字支付流程、平台和运营的支持，其中包括对纯数字货币和金融服务的法定入口，包括加密货币，例如比特币、以太坊和其他区块链技术。元宇宙作为移动互联网的继承者，又被定位为人类休闲、劳动和生存的平台。这一愿景的成功取决于元宇宙是否拥有繁荣的经济。那么现实生活存在的经济活动在元宇宙也同样存在，企业竞争和不断的颠覆/替代循环、大量盈利企业（尤其是中小型企业）、资本流动、强劲的消费者支出。提到支付，就不得不提到区块链，区块链仿佛是为了元宇宙而创作的。简单来说，它具有去中心化，也就是无需中介产生的额外费用；透明，每笔交易透明公开；不可篡改；可溯源机制；效率高；可长期保存等优点。

在本章随后的部分，我们将对这6个核心技术进行详细讨论。

终端硬件：虚拟现实的转接口

经历半年元宇宙相关概念的“狂轰乱炸”，相信我们对增强现实（AR，Augmented Reality）这项技术不会陌生，她将虚拟信息和现实世界巧妙融合，通过对计算机生成的文字、图像、模型等信息模拟仿真，映射和应用到真实世界，使两种信息互为补充，从而完成对现实世界的“增强”。AR这把通往产业元宇宙大门的“钥匙”之一，也曾经历潮起潮落。从2020年开始，AR逐步蓄势爆发，尤其在今年，AR将迈入蓬勃发展的康庄大道。

一份最新的分析报告尤其引人瞩目。根据方舟资本的预测，到2030年增强现实AR的市场规模将从10亿美元扩大至1万亿美元，增长足足1000倍！方舟资本认为，在初期面向消费者的AR体验承载于智能手机之上，而在今后10-20年内，AR的重要载体是头戴式移动设备。根据预测，2022年底将有大批消费级AR头显设备上市，这些设备或将引发可穿戴计算平台的蓬勃发展。由此带动，到2030年AR将深刻变革人们的工作、购物、交互和娱乐体验，增强现实的整体市场规模也将迎来指数级提升。

方舟资本并不是唯一一家给予AR激进预测的机构。根据IDC估计，2021年虽然售出了不到100万台AR眼镜和头戴设备，但到2025年，预计AR设备销量将增长到2340万台，也就是5年达到2000%的增长幅度，其中2B企业客户将贡献总销量的85%左右。

在产业元宇宙中，AR是虚与实的交汇点之一。不过AR的诞生先于元宇宙，最早可以追溯到上世纪五十年代。令人记忆犹新的是9年前，在2012年，社交媒体、广告新闻、期刊杂志上到处是谷歌推出AR眼镜的消息，甚至英国王子查理斯都成了这款黑科技产品的“代言人”，《时代》周刊更是将其评选为当年最具创新的产品之一。然而，仅仅两年后，谷歌AR眼镜项目就被暂停，并登上美国《技术评论》杂志的科技界失败项目榜单。这一轮AR热潮再起，虽然难免令人有种“狼又来了”的质疑，但是这一次AR终于化羽成蝶，具备了跨越鸿沟，走上康庄大道的必备条件。

到底具备了哪些条件呢？这里我们得立足于更大视野来观察，将VR、AR、MR视为一个整体。VR虚拟现实、AR增强现实和MR混合现实等多种技术，可以统称为XR扩展现实（Extended Reality）。根据统计，2021年全球AR出货量57万台，较2020年增长44%，如果将VR一起纳入考虑，则已超越1000万台量级，这一行业公认的“奇点”。当下XR的发展阶段，可类比智能手机产业苹果iPhone上市前夕的行业拐点阶段。随着产业链和技术不断发展，内容应用逐步繁荣，生态参与者加速入局，整个产业元宇宙生态正在持续丰满。

XR上游的供应链核心部件通过数年的攻坚战，取得了突破性的进展，批量装机和大规模出货在即。精确传感、动作跟踪、3D光学成像、专业视觉计算芯片，以及XR操作系统和计算平台都逐步成熟。5G、Wi-Fi等基础网络通信能力提升，也在为XR做进一步的准备。内容层面，借助云平台和便捷的开发工具，开发者可以更高效地生产丰富的XR应用内容。加之疫情发生以来，越来越多企业开展“云办公”“线上经营”“远程监控”“无接触生产”，消费者的娱乐需求也日益旺盛。这些都为XR创造了得天独厚的市场环境，预示着2022年XR或将迎来高光之年。

虽然AR和VR往往同时被提及，两者都带来虚拟世界的体验，他们都是感官扩展技术，但实现路径存在较大差异：VR是利用设备模拟一个虚拟世界，利用计算机生成一种模拟环境，强调用户与虚拟世界的实时交互，带来封闭式、沉浸式的虚拟世界体验；而AR则借助计算机图形技术和可视化技术产生真实世界中不存在的虚拟对象，并将虚拟对象准确“放置”在真实世界中，使用户处真实世界与虚拟世界的交融中，带来感知效果更丰富的环境体验。

当然AR和VR也有相同点，其中之一便是他们都曾历经坎坷。VR这个词第一次火起来，也是在2012年，与谷歌发布AR眼镜几乎重叠。当时有两家厂商推出了头戴式的VR设备，一个是当时不为人知的Oculus，一个是手机企业HTC。那一年被不少媒体称为“VR元年”。2014年，Oculus被曾经的Facebook以30亿美元收购了，又掀起了一轮VR小高潮，2016年达到投资高点，群雄逐鹿，好不热闹。但是，看似蓬勃发展的VR，结果就终止在热热闹闹的阶段。在2017年，行业投资明显衰减。之后几年，没有一家VR创业的企业在这个行业赢得丰厚的利润。

整体上看，VR在2012年开始，经历了4年的热捧，之后又经历了4年的低谷，2020年疫情也为VR带来了曙光，目前VR逐步走出谷底，即将迎来5-10年的稳定增长阶段。与VR类似，AR此前并未能引发巨浪，而是形成了4个不同的发展阶段：移动AR软件阶段、移动AR硬件阶段、捆绑式AR眼镜阶段，以及独立AR眼镜阶段。

• 移动AR软件阶段：即在标准智能手机、平板电脑上使用的AR软件，比如苹果的ARKit等。

• 移动AR硬件阶段：专用的智能手机、平板电脑AR硬件和软件，如谷歌Tango智能手机。

• 捆绑式AR眼镜阶段：需要与智能手机、平板电脑或PC主机绑定的AR硬件，如Nreal      Light AR眼镜。

• 独立AR眼镜阶段：无需绑定主机的AR硬件，比如微软的HoloLens。

虽然AR的技术要求比VR更复杂，涉及与真实环境的融合，传感器和数据的融合等技术，但是业界普遍认为AR技术的适用场景也更广泛，AR将比VR更快的商业化落地，收入规模也将大于VR。

根据IDC统计，2020年全球虚拟现实终端出货量约为630万台，VR、AR终端出货量占比分别为90%、10%。预估2024年终端出货量将超过7500万台，VR、AR成长率分别为56%、188%，AR增速强劲。即便VR现在出货远远领先于AR，但AR终端出货量有望在2023年正式超车VR。随着5G技术及5G网络的发展赋能更多的应用场景，人工智能技术和计算视觉的融合驱动，行业玩家的创新硬件功能驱动。VR、AR技术和应用也呈现融合互通趋势，MR、XR等概念应运而生。

最终2C消费端和2B端各行各业结合起来，是XR增长的完整故事，如果仅从近期来看，B端为XR的主流生态，XR的增长将由2B端的应用主要带动。从B端起步，或是以B端反哺C端，是XR企业近几年的生存之道。2B端应用方面，XR能否有应用前景看三个方面：XR解决方案能否场景化、产品化，具备可复制性；能否真正解决痛点问题，而非伪装需求；场景市场空间是否足够大，从而支撑技术开发。

工业领域，XR已经成为基于工业互联网物联网平台实现数字孪生的核心技术之一。比如工业软件巨头PTC公司已经将其在产品设计、PLM领域积累的核心优势，整合至内部XR平台，依托开放生态中的平台软件，推出以数字化映射为基础的整体框架和整套解决方案。数字孪生帮助PTC在虚拟空间中构建出与物理世界完全对等的数字镜像，通过收集产品研发、生产制造、商业推广等维度的数据并进行分析，为下步的产品设计、生产工艺、市场投放等关键环节打下基础。这些场景中XR的应用需求非常清晰，界定相对明确，举几个具体例子：

• 员工培训：借助XR技术，可以将企业中熟练工人的既有知识经验和技能固化下来，成为行动准则和模板，对新员工进行培训。

• XR巡检：相较于人工巡检，XR巡检可为现场人员提供丰富的可视化内容，让后台数据前置到业务一线。

• 故障诊断：现场设备的复杂度日益提高，对维修人员的操作提出了新挑战，这时利用XR技术可以为维修人员提供贴身指导。

• 质量检验：XR技术用来进行质检项目的实时显示，可以将实时信息以可视化的形式展现在工人眼前，并提示可能的原因。操作员可以进行拍照、标注、记录取证，上传到后台。

• 协作研发：XR可以推进跨地域的协作研发，比如多个工程师利用XR技术在三维空间内共同开发新产品。

• 辅助配送：员工佩戴上XR眼镜后可以通过对货物进行二维码、条码、标签、文数字OCR等进行识别，匹配对应的货物信息。

• 产品演示：XR可以用于产品结构展示与装配训练，使受训人员熟练掌握设备的结构信息和装配技能，节省了传统演示与训练中昂贵的成本并避免了事故的发生。

XR在医疗行业亦带来了巨大的价值。手术操作训练中，XR技术可以通过显示、触感、力反馈等设备，使接受培训的医生沉浸在虚拟场景中，进行手术操作和练习，体验真实的临床手术过程，可以有效提高医生诊断病情和制定治疗方案的能力，同时能够大幅降低传统培训中的器材、标本等成本。此外，XR在远程医疗、诊疗技术提升等方面也将发挥重要作用，改善医疗资源不均的问题。

XR在行业中的多点开花为从业者注入了剂强心剂，虽然多数产品仍然难以达到稳定的盈利水平，但是也摆脱了过去完全依赖于投资者的局面，形成了有力的造血来源。未来随着C端用户数量的不断提升、B端应用开发的意发丰富，将加速XR在下游应用的发展。

IDC预测，2024年XR技术在2B端的应用案例，主要将围绕员工培训、设备维护和产品演示等场景开展。虽然元宇宙是当下的热点概念，XR设备是元宇宙的重要入口之一，但是这一轮XR的快速增长由上下游产业链和内容生态逐步成熟所助推，而并非由元宇宙带火，反而是XR在2B端的应用将推进产业元宇宙的发展进程。

通信网络：虚实世界的传输门

产业元宇宙所涉及的新技术中，无线通信技术是必不可少的。5G技术毫无疑问将被纳入元宇宙技术体系中，针对虚实结合VR、AR、MR、数字孪生等形态，5G无线通信技术的进步为其打下了一定基础。当前5G对元宇宙的支持并非已经就绪，而是根据场景需求不断演进。可以说，5G正向元宇宙演进；6G是为元宇宙而生。

产业元宇宙对无线通信提出要求，成为5G标准演进的重要方向。产业元宇宙中多个要素的实现需要通信技术的进步，尤其是沉浸感、低延迟、随时随地这三个要素，对于无线通信网络提出较高要求，在高性能通信网络加持下，才能提升虚拟空间中的研发、巡检、质检、操作等场景体验。具体来说，沉浸感要求虚拟世界具备对现实世界的替代性，通过VR、AR、MR等设备打开虚拟世界大门，并打破虚拟和现实的屏障，让人们在元宇宙中实现沉浸式体验。沉浸感的实现，需要设备性能的提升，而设备和云端或边缘之间的通信需要通过无线形式实现，也就对当前5G网络提出明确要求。元宇宙要求高同步低延迟，从而用户可以获得实时、流畅的完美体验，而现实和虚拟世界之间的镜像或孪生通过通信网络实现同步，这一要素也正是5G的重要特点。5G极可靠低延迟通信uRLLC场景对于空口时延要求达到毫秒级，在空口侧能够基本满足元宇宙低延迟要求。随时随地要求人们在未来能实现摆脱时空限制，随时随地进入元宇宙的愿景。要实现这一愿景，不仅各类元宇宙终端设备要具备随时随地携带的特点，设备还具备随时随地接入网络的特点，这也和无线通信向着空天地一体化发展的愿景吻合，给元宇宙各类应用场景提供随时随地接入的能力。

5G标准演进，已考虑到元宇宙的特殊需求。5G标准的演进，通过提升多个方面性能以及满足更多行业场景，满足业界对无线通信的需求。元宇宙广泛的场景和多样化技术融合，使5G标准演进中大部分内容对元宇宙形成支撑，大带宽、低时延高可靠、低功耗大连接等都是元宇宙所需要的能力。值得关注的是，5G标准演进对很多细分领域做了大量研究和标准化工作，从一定程度上解决了元宇宙的一些具体问题，其中最为典型的是5G标准对XR的专门研究和标准化工作，直接面对的是虚实相融世界的多个痛点。

5G标准中对XR的研究始于两年前，在2019年12月9日到12日期间，3GPP RAN第86次全会在西班牙召开，3GPP标准专家对5G演进标准R17进行了规划和布局，围绕“网络智慧化、能力精细化、业务外延化”三大方向共设立23个标准立项。其中，高通牵头提出了基于5G NR支持XR的评估研究项目，是R17中新增的“从0到1”新研究的项目。XR指的是扩展现实，其中包括AR、VR和MR，这正是元宇宙虚实融合的核心交互界面。XR作为新兴业务，要求在支持低时延高可靠的同时保证大带宽，这对5G网络提出了新的挑战，运营商需要联合产业寻求更多的网络优化手段，以保证运营商网络具备大规模支撑XR的能力。5G采用边缘计算让云端的计算、存储能力和内容更接近用户侧，使网络时延更低，用户体验更极致，使能AR、VR和MR等应用。

同时，得益于5G低时延、大带宽能力，终端侧的计算能力还可以上移到边缘云，使得VR头盔等终端更轻量化、更省电、更低成本。这种“轻终端+宽管道+边缘云”的模式将砍掉昂贵的终端的门槛，摆脱有线的束缚，从而推动XR应用普及。R17将评估这种边缘云+轻量化终端的分布式架构，并优化网络时延、处理能力和功耗等。3GPP在R17中提出的5G NR支持XR的评估研究项目，在2021年12月形成一份技术报告。

在这份长达270多页的技术报告中，3GPP的专家全面研究了5G对XR支持的多个方面，包括在5G NR环境下，AR、VR、MR的容量、功耗、覆盖、移动性等性能的评估，并在不同流量模型和无线电频谱范围条件下各种性能的评估。2021年12月，3GPP R18确定了第一批立项，在这些立项中，我们又看到了XR的身影，即“XR Enhancements for NR”的课题，在这一课题中，重点研究的是无线接入网侧XR业务感知、XR相关节能技术以及XR相关的容量提升技术。

除了无线接入工作组外，3GPP SA1相关工作组也牵头完成了增强多媒体和触感网络的工作，主要针对的应用场景是沉浸式VR、远程控制和机器人协作。根据中国移动标准专家的介绍，5G R18开始要加强针对XR业务的网络策略控制，目标是实现满足业务需求的超低时延、低抖动、服务质量控制和多流协同。未来将走向元宇宙阶段，推动人机交互、数字孪生的应用。XR增强的课题，是R18最重要的研究方向之一，这一项目在3GPP第94次全会排序中名列第一，获得国内外83家公司的支持。主要的研究方向包括支持XR及触感业务（如手、肘、膝等多部位）的多流协同传输，增强网络开放，针对XR服务和媒体服务传输进行服务质量保证和策略增强，流量模式进行增强，网络需要得到终端电量，从而调整网络向终端发包的大小和频率，以保证端到端体验。其中，针对XR的业务体验，3GPP在R18启动了新兴沉浸式媒体、XR服务、媒体分发增强的研究，主要考虑XR业务端到端的体验，并提出相应的研究方向。此前，华为提出5.5G愿景中，其中RTBC（宽带实时交互）方向就面向XR、全息进行研究，也是3GPP R18中XR增强的重要输入内容。

6G时代，无线通信“为元宇宙而生”。元宇宙成熟是一个长期演进的过程，与其相伴的是无线通信技术的长期演进。5G并不能完全满足元宇宙对无线通信的需求，未来6G时代，无线通信将在很大程度上针对元宇宙的愿景形成底层数字底座。2021年6月，IMT2030（6G）推进组发布了《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》，这一白皮书对6G的应用场景进行系统阐述，提出面向2030年及未来，6G网络将助力实现真实物理世界与虚拟数字世界的深度融合，构建万物智联、数字孪生的全新世界，主要包括以下场景：

• 沉浸式云XR

• 全息通信

• 感官互联

• 智慧交互

• 通信感知

• 普惠智能

• 数字孪生

• 全域覆盖

可以看出，6G满足的大部分场景正是元宇宙规划的未来场景，这些场景也提出了全面超越5G的通信性能要求，需要6G确定升级的标准来满足，6G似乎已经成为“为元宇宙而生”的技术。以沉浸式云XR为例，白皮书提到，面向2030年及未来，网络及XR终端能力的提升将推动XR技术进入全面沉浸化时代。云化XR系统将与新一代网络、云计算、大数据、人工智能等技术相结合，赋能于商业、工业生产、文化娱乐、教育培训、医疗健康等领域进入元宇宙场景。而云化XR系统将实现用户和环境的语音交互、手势交互、头部交互、眼球交互等复杂业务，需要在相对确定的系统环境下，满足超低时延与超高带宽才能为用户带来极致体验。现有的云VR系统对头动响应时延的要求不高于20毫秒，而现有端到端时延则达到了70毫秒。面向2030年及未来，基于云化XR的总时延将至少低于10ms。

再以全息通信为例，未来的全息信息传递将通过自然逼真的视觉还原，实现人、物及其周边环境的三维动态交互，极大满足人类对于人与人、人与物、人与环境之间的沟通需求。而全息通信将对信息通信系统提出更高要求，白皮书提到，在实现大尺寸、高分辨率的全息显示方面，实时交互需要峰值吞吐量约为近150Gbps，按照压缩比100计算，平均吞吐量需求约为1.5 Gbps。由于用户在全方位、多角度的全息交互中需要同时承载上千个并发数据流，由此推断用户吞吐量则需要至少达到Tbps量级。

其他场景也都对通信技术提出极高要求，如智慧交互要实现情感思维的互通互动，传输时延要小于1毫秒，用户体验速率将大于10Gbps，可靠性在很多情况下甚至要达到99.99999%；数字孪生要实现物理世界的数字镜像，需要网络拥有万亿级的设备连接能力并满足亚毫秒级的时延要求，以及Tbps的传输速率以保证精准的建模和仿真验证的数据量要求。面对这些要求，未来6G通过内生智能新型网络、增强型空口技术、新型物理维度无线传输技术、太赫兹、空天地一体化等技术，实现无线网络能力的显著提升，这也正是未来元宇宙场景实现的核心底层技术。

计算能力：推进元宇宙的源动力

现实生活中，一切都需要依靠电力来驱动，而计算能力在元宇宙中也起到了类似的作用，它是元宇宙一切行为的“燃料”。产业元宇宙是一个需要三维呈现的虚拟世界，它里面的那些物理计算、渲染、人工智能、动作捕捉、触觉反馈、数据传输等都需要大量的算力支持。在元宇宙的世界里，如果没有算力，元宇宙只能是镜花水月。

然而为了支撑产业元宇宙的发展，当前的计算能力明显不足。在科技巨头英特尔发布的第一个关于元宇宙的声明中，就表示虽然他们看好元宇宙的可能性，但算力这个关键问题还没有解决。“元宇宙可能是继互联网之后的下一个主要计算平台。”英特尔高级副总裁兼加速计算系统部门负责人称，“我们今天的计算、存储和网络基础设施根本不足以实现这一愿景，我们目前的计算能力需要再提高1000倍”。

产业元宇宙的未来将依托庞大的计算机和服务器集群来运行巨大的共享虚拟世界，英特尔在这一点上拥有最多的现实经验，他们认为今天的计算机不够强大，无法实现元宇宙，甚至还差得很远不无道理。英特尔并不认为仅靠硬件就能让我们达到1000倍的算力，标准的摩尔定律曲线只能让我们在未来五年内实现约8倍或10倍的增长。反而是算法和软件的改进，将弥补硬件的差距。

在软件和算法的辅助之外，产业元宇宙也将带来计算部署方式的结构性变革：一是，产业应用需要对产生的超高并发的海量非结构化数据进行实时处理和分析，传统以CPU为核心的计算架构将无法满足需求；二是，产业应用往往对延时性要求很高，受限于网络技术发展及网络带宽成本，需要通过边缘侧部署来填补短板。因此，围绕智能计算的 “云-边-端”协同模式将成为元宇宙计算升级的主要趋势。

内容生成的四个阶段

算力支撑着产业元宇宙中虚拟内容的创作与体验，内容生成的方式也正在逐步演进。以算力为支撑的AI技术能够辅助用户创作，生成更加丰富真实的内容。构建元宇宙最大的挑战之一是如何创建足够的高质量内容，专业创作的成本高的惊人，而用户原创内容UGC平台也会面临质量难以保证的困难。为此，内容创作的下一个重大发展将是转向人工智能辅助人类创作。虽然今天只有少数人可以成为创作者，但这种人工智能补充模型将使内容创作完全民主化。在AI工具的帮助下，每个人都可以成为创作者，这些工具可以将高级指令转换为生产结果，完成众所周知的编码、绘图、动画等繁重工作。

数字孪生：实体到数字模型的复印机

有一次我与51WORLD公司副总经理李竹青聊天，谈起产业元宇宙，他说如果将产业元宇宙比作是一座高峰，那么数字孪生就是不可或缺的登山杖。关于产业元宇宙，51WORLD很有发言权。这是一家数字孪生平台公司，已经在虚拟世界构建了上海的完整数字孪生。没错，他们为中国最大的经济中心--上海--创建了数字孪生，包括为东方明珠电视塔和上海中心大厦在内的20多个地标建筑分别建立模型，并使用来自卫星、无人机和传感器的数据，通过算法生成了建筑、道路、河道和绿地的数字化版本。最终51WORLD计划将这套模型升级为以接近于实时的更新速度，跟踪时光持续动态变化，具有“鲜活生命”的数字孪生。

当我的同事与西门子（中国）有限公司执行副总裁王海滨交流时，他也提到：“其实在没发明或者没创造元宇宙这个词之前，西门子一直在做的数字孪生，就和元宇宙有异曲同工的妙意。”

如今流行的元宇宙畅想中，人们想象着平行于真实世界的数字化生活。在元宇宙中并存的现实世界和虚拟世界，两个世界如何建立关联？数字孪生无疑是最佳纽带。数字孪生与来自各种物联网设备的实时数据相连，能够镜像、分析和预测物理对象的行为。虽然关于元宇宙与数字孪生的讨论在游戏和互联网领域最多，但事实上，产业元宇宙中的数字孪生，已经被应用多年，也离我们更近。

数字孪生，最早可以追溯到早期的太空项目。当时，美国国家航空航天局制造模型来监测和修正航天器。例如，在航天器的风洞实验中，研究人员使用传感器创建其飞行环境的数字孪生，再使用这些数据模型，优化航天器的物理布局，监控物理数据变化。《经济学人》预测，从工厂到汽车，万事万物都将有数字孪生体。

既然数字孪生是连接虚拟与现实的纽带，也是构建元宇宙的基础，那么简单易用、低成本的数字孪生应用，自然会在产业元宇宙时代拔得头筹。

按照应用对象划分，数字孪生主要面向最终用户和OEM两个类型的群体。

• 对应用于最终用户的数字孪生，构建数字孪生的设计方和应用数字孪生使用方，是同一家企业。      

• 对应用于OEM的数字孪生，构建数字孪生的设计方和应用数字孪生的使用方，来自不同企业。

那么如何使用数字孪生登顶产业元宇宙？提到数字孪生，必然离不开数字线程（Digital Thread）这一概念。数字线程是指利用先进建模和仿真工具构建的，覆盖产品全寿命周期与全价值链，从基础材料、设计、工艺、制造以及使用维护全部环节，集成并驱动以统一的模型为核心的产品设计、制造和保障的数字化数据流。数字线程承载了贯穿系统价值链的作用，用来处理数字孪生有关的数据问题，连通产品全生命周期的数字孪生模型，实现整个生命周期相关信息的无缝集成，使产品设计、工艺规划、制造和运维过程中所产生的数据能够链接、追溯和管理。

通过数字线程，整个产品生命周期各阶段的关键数据可以实现同步，从而可以动态、实时地管理产品的技术状态，确保在发生变更时，各类产品信息的一致性。从数字孪生到数字线程，我们看到了数据维度的丰富，也看到了一个自我改进、敏捷和互联的供应链，如何进行实时通信和操作。

登顶产业元宇宙，数字孪生还需要继续进化。因为人们需要的不是电钻，而是墙上的洞；人们需要的不是墙上的洞，而是挂在墙上的画；人们需要的不是挂在墙上的画，而是美的体验。产业元宇宙要让人们感受到美的体验。因此在产业元宇宙中，设计服务提供者和最终用户将发挥重要作用。最终用户未必知道自己想要什么，需要具备设计能力的专业人士，提供设计服务，提高设计质量的一致性，降低设计的风险。这时，用户体验和设计创新将会成为一个新的维度融入数字孪生，令产业元宇宙实现人们知识的传承，让个性化、高端服务的规模化成为可能。

产业元宇宙的攀登过程，就是不断丰富数据的维度，避免信息盲区的过程。任何系统中都存在可见与不可见的问题。数据维度的增加，可以让我们更好的解决不可见的问题。

我们通过故事来说明。电影《萨利机长》改编自一个真实的故事，全美航空1549号航班迫降事件。在遇到飞机两台发动机同时熄火后，萨利机长把飞机迫降在了哈德逊河，这个举措让机上155名乘客和机组人员全部获救。但是，在事后调查的过程中，他的急救策略却遭到了质疑，调查组有人指出，根据模拟分析，飞机拥有足够的时间降落到备降机场，而不是水面上。萨利机长查看模型方案后提出，这个模型没有考虑到“人的延迟反应时间”这一维度。于是经过调查组探讨，加上了一定的反应延迟时间，重新进行了多次分析，得到的结论都一致--即飞机坠毁。因此，调查结果最终认定机长的决策虽然具有一定危险性，却是正确的决策。

使用数字孪生登顶产业元宇宙，需要为企业构建更全面、实时的数据洞察。就像在这个故事中，萨利机长凭借丰富的经验，提出了数据维度的缺失，识别了不可见的问题。因此数字孪生通过开放的、分布式的协作方式，构建更完善的模型，以达到全面的、实时的数据洞察目的。但是在更多场景中，都有信息盲区的存在，管理者无法掌控全局，缺少将隐形问题显性化的手段。利用数字孪生这个登山杖，我们可以更好的发现不可见的问题，最终登上产业元宇宙的高峰。

平台、工具和标准：消灭小宇宙

平台就是每个使用它的人的经济价值，超过了创造它的公司的价值。关于平台商业模式的演变，《平台战略》一书从平台角度将商业组织分成了三类平台：单边平台、双边平台和多边平台。

单边平台是电气化时代最典型的模式，追求的是规模效应。双边平台是信息时代的产物，能给商业带来网络效应。进入智能时代，在一系列数字技术的加持下，我们正在从“双边平台”走向“多边平台”，参与者非常广泛。多边平台最后能达成的商业效果是一个生态。从规模效应叠加到网络效应，最后叠加成为生态效应，真正的生态效应才是能够生生不息、延绵不绝的，才是最富有生命力的商业业态。

通过平台的演进，产业元宇宙将会重构数字时代的生产力、生产资料和生产关系。数据是主要的生产资料，计算能力是新的生产力，平台将会构建新的生产关系，三者相互促进。

在构建新型生产关系的过程中，标准的作用尤为重要。回首互联网和移动互联网的发展，虽然任何一个商业体系的成功背后都有很多偶然性，但是他们显然做对了某些事情。

从上图可以看出，互联网和移动互联网分别在1990年和2005年左右迎来快速爆发，而且穿越经济波动，丝毫未受影响。

这两年前后分别发生了什么事情？1989年，互联网中的主机数超过10万大关。1991年伯纳斯·李发布了一篇有关万维网（WWW）项目的短文，被认为是因特网公共服务的初次亮相。万维网我们都知道，它用链接的方法，方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。从此互联网迅速进入腾飞期，万维网的整个蔓延过程只能用一个词来形容：惊人。互联网服务提供商（ISP）生态快速出现，一年之内互联网的主机数翻了3倍。1993年全世界只有几个网站，到1998年就有了几百万网络的规模，每6个月翻一番。

其实，万维网是“果”，TCP/IP是“因”。TCP/IP建立了一个统一的通信规则，让此前碎片化的网络Usenet、BITNet、FidoNet…彼此之间的通信成为可能。可以说是TCP/IP的出现，让具有特定用途和特点的网络彼此互通，构成了全世界各种网络的大集合，为互联网生态的发展创造了前提条件。

再看移动互联网。2005年前后，市场上开始出现3G服务。此后的故事我们亲身经历，移动互联网迎来爆发。同样，3G只是后话，它的序章是2G移动通信协议。1G开天辟地，群雄割据，经过一段时间的发展，世界范围内的多家运营商意识到，通信协议继续混乱的局面行不通，只有遵守相同的标准，彼此互通才对大家都有利。基于这样的共识，他们联合起来形成了电信标准化协会。进入2G时代，五花八门的通信协议NMT、AMPS、TACS、C-450…逐步归于一统。各标准组织之间虽仍有竞争，但合作与融合逐渐成为了主题。

基于TCP/IP和2G构筑的标准“底座”，在1990和2005年之后，互联网和移动互联网相继完成了从线性增长到指数增长的速度切换，进入到由内容和应用带动硬件设备销售，由拉力而非推力促进产业发展的良性循环。

一个新的领域想要实现繁荣，我们就要创建尽可能多的新平台、新技术和新公司，以便建立新生态。在第2章“什么不是产业元宇宙？”这个小节，我们提到产业元宇宙的特征之一是只有一个元宇宙。这就意味着，如果产业元宇宙变得碎片化，形成多个产业小宇宙的话，那么它们不仅不是产业元宇宙，而且会陷入自我拖累的循环。

与互联网时代、移动互联网时代有所不同，产业元宇宙的架构涉及7层，因此产业元宇宙的标准所需要涵盖的部分，不仅涉及通信，还包括平台、应用和内容。我们需要建立的是一个充分互联互通的解决方案生态系统，在不同的、甚至竞争的平台之间能够无缝连接、自由互通和交换用户的信息、数据和资产。平台、工具和标准作为产业元宇宙的骨骼框架，支撑起元宇宙运行体系，将前期各个不同体系下的小宇宙融合一体，从真正意义上消灭小宇宙。

数字支付：闭环经济系统之门

在元宇宙生态中，闭环经济系统是构建虚拟世界的基石。正如现实社会中，经济与贸易的发展始于货币的流通和生产资料所有权的确认，虚拟世界中闭环经济系统的成立，也离不开线上虚拟资产的流通和确权。数字支付作为产业元宇宙经济体的血管系统，促进数字产品高效、安全流动，倍增数字产品价值。

目前，以NFT（非同质化代币）为代表的区块链技术已被用于游戏道具等数字资产的确权，同时可使其通过公开平台进行流动交易。近期，NFT技术在游戏、艺术收藏等领域商业化成果初现。未来，区块链技术有望成为元宇宙中闭环经济系统的“心脏”。

NFT是一种可交易的资产，可以在区块链上跟踪谁拥有某一数字物品——比如一件艺术品或电子游戏角色。它们在去年进入了主流意识，成为继加密货币后又一种热门的虚拟资产。2021年3月，数字艺术家迈克·温克尔曼（艺名Beeple）的一副NFT画作以6934万美元的价格售出，创下了虚拟艺术品拍卖成交价记录。根据NFT数据公司Nonfungible.com与法巴银行旗下研究公司联合发布的报告，2021年全球NFT销售额达到176亿美元，较2020年的8,200万美元飙升了21,000%。

经过疫情的加速，元宇宙很可能将成为稳固的经济模式，涵盖工作和娱乐休闲，发展已久的各种产业和市场，例如金融银行业、零售、教育、卫生，甚至是成人娱乐等领域，都将出现变化。

另外一个很明显的趋势是，疫情前后虽然C端消费者和B端企业的总体支出变化波动性较小，但是在支付的方式上，非接触式的物联网支付占比有明显提升。当设备检测到库存不足时，可以实现自动补货。比如，有些冰箱能够自动订购食物，打印机学会了主动购买纸张和墨盒。随着物联网支付功能的扩展，很多企业抓住机遇扩展新业务。这些企业并不满足于仅作为支付通道，他们纷纷尝试不同的支付和计费方式，逐步强化了在支付过程中的话语权。无论是“人与物”还是“物与物”之间，都可能存在着支付与交易。只要是物品或者服务的“所有权”或“使用权”发生变化，就会伴随着支付活动的发生。根据上图中Mercator的分类，支付可以被分为四个象限：物联网支付、在线支付、面对面支付和重复性支付。这四个象限根据实时和非实时，机器驱动和人类驱动进行划分。

根据统计，物联网支付在2019年增长了15%，并且被诸多世界500强企业作为重要的战略计划之一，已经达到了相当的市场规模：首屈一指的推进物联网支付的产业是汽车，包括新能源汽车，以及医疗诊断设备，交易规模为39亿美元；第二大使用物联网支付的领域是打印机、计算机及其制造业，交易额为12.4亿美元。消费电子及其制造业，是第三大推进物联网支付的领域，2019年的交易额为5.85亿美元。

从支付的角度来看，从过去的现金社会到当下的无现金社会，未来还将会出现新的支付方式，例如数字货币的出现将会对行业产生重要影响。很多物联网行业的参与者正在从数字货币体系、支付方式、加密技术、区块链等角度思考行业的未来发展机遇。

过去，支付的完成就意味着交易的终止。现在，支付的完成意味着一个新的起点。物联网支付与5G、大数据、人工智能等技术相结合，将会衍生出数据采集、运营管理、会员管理、金融服务等一系列逐层递进的服务场景。

产业元宇宙的企业版图

产业元宇宙的科技大军已经启程，多家机构纷纷发布了元宇宙图谱，以下仅是一些代表。

虽然图谱已经产生，但是产业元宇宙的格局远未定型，有可能持续发生裂变。举个例子，比如芯片和云平台两个看似毫不相关的领域，正在发生融合。

随着产业元宇宙的热浪呼啸而来，强化了人们对于芯片与计算无处不在的共同想象。因此，芯片和云平台两个领域很可能会彼此交融、演进发展，出现一类新的公司，权且将他们称为“芯片+计算”超级企业。这类公司将同时具备“芯片设计”和“计算平台”的综合能力，两个部分整合将更加有利于风险控制和扩大营收。

在缺芯和疫情之前，一些云平台企业已经看到过渡依赖于芯片商的供应并不利于长期良性发展。由于造芯流程集中于两种模式，以英特尔为代表的垂直集成模式，集芯片的设计、制造与封测为一体；以及英伟达、AMD等为代表的垂直分工模式，他们仅负责芯片设计，制造业务外包给台积电、三星等代工厂。第二种模式让云平台企业有机会跳过芯片设计公司，直接入局打造自己的芯片。

过去，云平台企业从芯片商那里采购芯片，芯片商要么自己制造，要么将制造外包给代工厂，买卖各方的关系非常固定和明确。现在，云平台企业越来越不愿意将自己独特的需求和对应用场景的理解，直接分享给芯片商，而是通过自研或者定制的方式，结合软硬件打造专属生态。云计算也已经超过IT基础设施的范畴，向上定义软件应用服务，向下定义芯片、服务器等硬件。

搭载通用芯片的云服务器在实际的应用中，势必会造成性能的一部分浪费。因此相当一部分的服务器都要进行针对性的优化，或者需要进行部分配件的调整与革新，也就需要投入大量的人力、精力和财力，造成资源的浪费。因此云平台企业有动力精简不必要的功能，降低能耗和计算成本，进而将这些红利释放给云端用户。

鼓捣芯片并非易事，既大量烧钱，又难短期见效。云平台企业即便资本雄厚，也难为无米之炊，此处ARM和RISC-V在产业链中的重要性逐步凸显。

虽然现在云平台企业仍旧从传统芯片商那里采购，但与此同时他们也开起了一条新的链路：跳过芯片设计商，基于ARM或者RISC-V架构定制自己的专用芯片，然后委托代工厂生产制造。芯片到底由谁来制造并不重要，核心在于根据需求定义出产品，并且实现从系统需求、芯设计到a生产制造的全链条打通。伴随着这种变化，台积电和三星等代工厂也乐于扩大自己的客户群，从云平台企业直接获得订单。

伴随着产业链流程的变化，生产关系和话语权也在微妙的调整中。过去，所有的硬件都是这样的流程设计出来的：芯片商设计芯片→云平台企业→最终用户。硬件基于给定的芯片完成，云平台无法改变芯片设计，只是选择购买与否。现在，话语权和决策权越来越多的倾斜到云平台企业手中，由用户的需求反向推动技术的迭代，更深入的推进产业升级。云平台企业一个芯片项目的成败，并不意味着公司大战略的成败，关键在于对差异化需求的把握，以服务于整体生态。

围绕“造芯”的硬件创新已成云厂商必争之地，除国外云厂商之外，国内阿里、百度、腾讯…也已纷纷布局，用于提高自身云平台的性能或者调优服务来满足特定需求和用途。另一股势力，边缘计算领域的企业也有充足的财力、人力，争夺造芯制高点。

“芯片+计算”超级企业，已经初现端倪，未来或将引发更为深远的产业链变化，产业元宇宙的版图也将持续演进。