元宇宙的“通天塔”需从元宇宙技术的“脚手架”开始

自2021年下半年以来，“元宇宙”概念风靡全球，引发学界、商界、业界的高度关注和热烈探讨。马克·扎克伯格更是直接将公司改名为Meta，“all in”元宇宙。人们期待元宇宙能带来像互联网那样的颠覆，创造更多的商业神话。

不过，目前元宇宙的发展尚处于非常早期的阶段，其构建需要区块链、量子计算、人工智能等多项信息技术的支撑。近期，一众元宇宙技术专家和产业一线佼佼者倾力撰写的元宇宙技术普及读本《元宇宙十大技术》问世，对于想要快速、清晰地概览元宇宙的全貌，并找到适合自己的技术路径的读者朋友而言，这本书或许能提供一个不错的参考。

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元宇宙是物理世界和人类社会的虚拟化和智能化。初期看，元宇宙是多维共创互信网，中期看是创意、思想、意识的协作网，长期看是意识构建的智慧地球。那么，元宇宙该如何建设呢？有志于参与搭建元宇宙这座“通天塔”的朋友们，该从哪个“脚手架”开始入手呢？

图源：《元宇宙十大技术》

元宇宙是一个持续共享、实时响应、多人并发的数字新世界，这个数字世界不会凭空出现，它的搭建需要物理世界源源不断的算力输入。算力不仅支撑了数字人及其所在的虚拟社会的运行和发展，还支撑了数字人的思考和决策。如果要达到《雪崩》里描绘的metaverse体验，算力至少要提升一万倍；其中视觉的分辨率和刷新率一共超过20倍，其他感官至少10倍，并发人数从现有的100到5000人，至少50倍。

不过，在算力提升到10000倍之前，并不是无所作为，随着5G、VR/AR等设备的普及，应用场景带来的挑战会倒逼设备的迭代、算力的提升。这里的算力不是狭义上的解释，而是一个比较广泛的概念，包括计算、存储、网络、安全和AI的能力。

著名经济学家朱嘉明在为该书作序中谈到，元宇宙不是海市蜃楼式的虚像，而是基于技术体系支持的“虚拟现实世界”。解读元宇宙的技术体系，几乎是认知元宇宙的前提。这本书为读者提供了元宇宙“五大地基性技术”作为底层，元宇宙“五大支柱性技术”作为第二层次的元宇宙“十大技术”架构图解。不仅如此，全书对上述十大技术做了具有原创性且有深度并兼有宏观和历史视角的诠释。特别值得肯定的是对如下几个技术的探讨：

第一，数字孪生技术。没有数字孪生，元宇宙无从谈起。书中首先探讨了数字孪生的五点共性：数字孪生是一种虚拟空间中的数字模型、数字孪生模型对应的是物理空间实体、数字孪生模型的生成方式是利用传感器采集的实时的以及历史的数据并通过数字化的方法抽象出来、数字孪生在时间轴上是覆盖对应实体的全生命周期的、数字孪生在功能上是映射与模拟和仿真。

进而，提炼出如下的数字孪生定义：“数字孪生是针对物理世界中的实体，通过采集其实时数据并综合其历史数据，利用数字化的方法抽象出来的能够对该实体进行全生命周期映射、模拟和仿真的虚拟世界中的数字模型”。

之后，通过时间、空间、数据、连接和应用等诸多维度，展现了“数字孪生的理想形态”。在这样的基础上，提出了由数据、建模计算、功能和体验四个层次组成的“数字孪生分层技术架构”。

第二，计算技术，因为元宇宙是基于数以亿计的个体设备组成的超大规模系统，对计算则形成了更多更大的挑战。“计算任务，跨越架构和平台”“计算位置，跨越云边端”“计算的交互，跨越虚拟和现实”。进一步分析，元宇宙计算呈现的一系列新的特征：一是软件实体和硬件平台分离，即软件工作任务，跟支撑它的硬件平台“解耦”；二是元宇宙计算的架构越来越多，设备形态也越来越丰富——系统层次结构导致 “集中和分布”并存；三是元宇宙计算的微观基础是“超异构计算”，即集合CPU、GPU（图形处理器）以及DSA（特定领域架构）各自的优势，从同构的CPU、异构的CPU + GPU，转换成CPU + GPU +各类DSA的超异构计算。为此，元宇宙需要计算技术的工艺创新和架构创新。

第三，存储技术。书中指出了数字资产如NFT或数字藏品存在的风险：链上索引所对应的原始数据实际多存放在中心化设备上，如加密朋克头像存放在区块链游戏初创公司Lava Labs的中心化服务器上，原始数据损毁将导致NFT失去意义。面对这一挑战，就需要区块链存储——一种去中心化的存储，此外，本书介绍了区块链存储的定义、来龙去脉和分类，并积极探索了可能的发展路径。有趣的是，围绕着所有权、运营权和使用权的三权分置，探索了资源利用效率的变革。

第四，AI技术。无论元宇宙中的内容是凭空创造还是从现实中复制而来，AI将为元宇宙赋予创新的内容和智能的“大脑”。没有AI与元宇宙的结合，元宇宙的成长完全不可能。例如，GAN（生成式对抗网络）属于一种深度学习模型，它能够自动化生成内容或进行内容增强，使得AIGC成为元宇宙时代的重要内容来源。

AI对于元宇宙的重要性，还体现在虚实交融：AI弥补数字人和物理人之间的鸿沟，因为只有通过强化学习，虚拟人才会更像物理人；通过联邦学习，物理人变成了数字人，也能保留隐私。总之，“元宇宙对现实的影响可以从智能的层次提升到智慧的层次。元宇宙从物理人的行为中学习智能，反之物理人也能从元宇宙中汲取智慧。得到这样的结论是源自人们对元宇宙提供的这个巨大的人与环境的模拟系统的观察”。进而可以设想，未来元宇宙对能源、算力、存储、带宽资源的分配也将AI化。

在《元宇宙十大技术》这本书中，剖析了在未来元宇宙建构中，VR/AR等交互和展示、数字孪生、区块链、游戏和社交、AI、多元异构的计算架构、存储、网络等领域的技术原理和发展趋势，为有技术背景的读者思考和理解元宇宙技术发展提供了方向，留下了新的问题和思考空间。

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