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XR(扩展现实)市场可穿戴设备的整体计算解决方案

Arm 推出首个全面计算解决方案后,我们正在探索如何将不同的高级、性能和效率解决方案应用于不同的消费类设备细分市场。我们已经探索了智能手机、笔记本电脑和家用设备细分市场,但在本博客中,我们将概述XR(扩展现实)可穿戴设备市场可能存在的不同 Total Compute 解决方案。

XR市场

最近与 XR 市场相关的最大发展是元界的引入。被描述为“互联网的下一次发展”,元宇宙将把真实、数字和虚拟世界融合到新的现实中,人们几乎可以做任何事情:与朋友和家人聚会、学习、工作、商务会议、购物、创造、游戏和全新的体验还有待想象。

如本蓝图文章中所述,Arm 是通往元界的门户。XR 通过 Arm 驱动的网关消费设备,如独立的 XR 可穿戴设备——无论是 VR 耳机还是未来的 AR 智能眼镜——将促进元界中非凡的新体验。

XR包括增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和混合现实(MR)。虽然所有三个“现实”都有共同的重叠特征和要求,但每个都有不同的目的和底层技术。

AR 通过将我们看到的内容与计算机生成的信息相叠加,增强了用户对现实世界的看法。未来,整体 AR 体验将通过可穿戴智能眼镜提供。这些设备必须将超低功耗处理器与包括深度感知和跟踪在内的多个传感器相结合,所有这些都在一个轻巧舒适的外形尺寸内,足以长时间佩戴。我们已经看到几款新的智能眼镜型号将于 2021 年问世,包括 Snap、Meta Ray-Ban、联想 ThinkReality A3 和 Vuzix 的下一代智能眼镜的 Spectacle 智能眼镜。

VR 完全取代了用户的视野,让他们沉浸在计算机生成的虚拟环境中。VR 头戴式可穿戴设备,如Arm 驱动的 Oculus Quest和 Quest 2,在过去五年中已经上市。这些设备通常用于娱乐体验,例如游戏、音乐会、电影或运动,但也正在进入社交领域,例如虚拟聚会,如下所示的 RecRoom VR 平台所示。

MR 介于 AR 和 VR 之间,因为它通过将虚拟对象、角色或指令叠加到现实世界环境中来融合现实世界和虚拟世界,反之亦然。最著名的 MR 可穿戴设备是Arm 驱动的 Microsoft HoloLens 2。虚拟指令集和图形叠加到用户视图中,以协助企业和工业应用。

XR 可穿戴设备的计算性能和效率水平将根据 XR 可穿戴设备的类型及其设计支持的用例的复杂性而有所不同。现代独立 VR 耳机将需要高性能计算,主要用于高端游戏体验,如 Oculus Quest 设备,而更小、更轻的设备(如 AR 智能眼镜)则需要高效率。同时,还有一些设备介于这两种性能和效率之间,例如 HoloLens 2 等 MR 头戴式设备,以及 HP Reverb G2 等面向消费市场的系留 VR 设备。因此,片上系统 (SoC) 解决方案需要能够扩展以适应不同的用例、工作负载和外形尺寸。这就是 Arm Total Compute 解决方案可以提供帮助的地方。

XR 可穿戴设备的整体计算解决方案

Arm 的 Total Compute 解决方案提供一整套可扩展的硬件 IP(包括最新的Armv9 CPU、Mali GPU和系统 IP)、物理 IP、软件工具和标准,以构建跨不同消费设备市场的最佳 SoC。这些解决方案为各种 XR 可穿戴设备所需的特殊计算要求提供不同的配置,从高性能 VR 和 MR 耳机到超高效的 AR 智能眼镜。

高性能 VR 和 MR 耳机的配置代表了我们的“高性能”全面计算解决方案。这里有两种可能的配置。首先,1x Arm Cortex -X2、3x Arm Cortex-A710和 4x Arm Cortex-A510的 1+3+4 CPU 配置以实现高性能。对于性能稍低但效率更高的情况,有 4x Cortex-A710 和 4x Cortex-A510 的 4+4 CPU 配置。两种解决方案都可以利用高级Arm Mali-G710 GPU或主流Arm Mali-G510 GPU来获得高质量图形。

XR(扩展现实)市场可穿戴设备的整体计算解决方案

同时,轻量级 AR 智能眼镜的“效率”Total Compute 解决方案可以利用 2x Cortex-A710 和 6x Cortex-A510 的 2+6 CPU 配置,甚至可以利用 4x Cortex-A510 来实现超效率。超高效的Arm Mali-G310 GPU可以支持这些解决方案。

与所有全面计算解决方案一样,我们用于 XR 可穿戴设备的全面计算解决方案中的 CPU 和 GPU 是我们的系统 IP – CoreLink Interconnect CI-700 和 NI-700 的基础。这两种互连技术都提供了更高的能源效率和系统性能,从而进一步改进了任何整体计算解决方案。我们的 Total Compute 解决方案中的所有 CPU 配置都由 Arm 的 DSU-110 绑定在一起,这是这些基于 Armv9 的 Cortex CPU 集群的支柱。这使我们的合作伙伴能够处理不同类型的基于 Arm 的 XR 可穿戴设备,并在性能和效率方面进行不同的权衡。

CPU

高性能 VR 和 MR 头戴式设备可以将至少一个 Cortex-X2 集成到 Total Compute 解决方案中。我们的 Cortex-X CPU 确实推动了峰值性能要求,这对于 VR 和 MR 耳机上的游戏和其他娱乐体验等计算密集型 XR 工作负载非常重要。Cortex-A710 的能效改进补充了这种对峰值性能的驱动,它可以实现持续的性能,从而最大限度地延长所有 XR 可穿戴设备的电池寿命。对于 XR 可穿戴设备而言,这是一个非常重要的考虑因素,这些设备越来越不受束缚,以实现更大的用户移动性。Cortex-A510 进一步支持了这种对能源效率的推动,可实现更长的播放体验。

对于效率至关重要的 XR 可穿戴设备(例如 AR 智能眼镜),Cortex-A710 和 Cortex-A510 CPU 将仅用于基于效率的整体计算解决方案。Cortex-A510 不仅通过 3 宽有序设计将电源效率提高了 20%,而且还提供了行业领先的面积效率。这对于面积很重要的小型、轻便的 XR 可穿戴设备来说非常重要!

使这成为可能的一项创新是合并的核心微架构。这允许将两个 Cortex-A510 CPU 组合成一个复合体,每个 CPU 集群有多个复合体。结果是在更高的性能点上增加了面积效率。这种对性能的追求与高面积效率相结合,非常适合轻量级 AR 智能眼镜。

GPU

不同的 XR 可穿戴设备由不同的 GPU 支持。高级 Mali-G710 可以整合到高性能 XR 耳机的 Total Compute 解决方案中。它提高了索引驱动顶点着色 (IDVS) 的特征覆盖率,这是 XR 用例中常用的一种功能,因为它可以渲染每个眼睛视图,每个视图的对象位置略有不同。

Mali-G510 还可以集成到高性能 XR 可穿戴设备中,提供性能和效率的完美平衡。与上一代Arm Mali-G57 GPU相比,它提供了 100% 的性能提升和 22% 的节能,从而延长了电池寿命。

与 Mali-G710 的 7 到 16 个可配置着色器内核相比,Mali-G510 能够支持 2 到 6 个。但是,它仍然融合了 Mali-G710 的许多高级功能,例如命令流前端 (CSF)、重新设计的附加执行引擎和重新设计的纹理单元,以提供高质量的图形体验。然后,最重要的是,它提供了更好的 HDR 支持格式、Arm 帧缓冲区压缩 (AFBC) 未压缩缓冲区和新的 Arm 固定速率压缩 (AFRC) 以减少带宽。AFRC 是 XR 可穿戴设备的一个特别简洁的功能,因为它保证以最小的面积成本减少带宽和内存占用。这转化为性能提升和节能。

XR(扩展现实)市场可穿戴设备的整体计算解决方案

Mali-G310 旨在以最小的面积成本提供尽可能高的性能,非常适合针对 AR 智能眼镜的全面计算解决方案。它是我们有史以来性能最高的超高效 GPU,与上一代 Arm Mali-G31 GPU 相比,在三个性能领域——纹理性能 (6x)、Vulkan 性能 (4.5x) 和 Android UI 内容 (2x) 具有巨大的性能提升。与 Mali-G510 一样,Mali-G310 也提供更好的 HDR 支持格式和 AFBC 未压缩缓冲区,但 AFRC 只是可选的。然而,GPU 确实提供了中心点渲染——一种使用与 XR 可穿戴设备集成的眼动追踪器来减少渲染工作量的渲染技术——用于增强 AR 和 VR。

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