Web3 驱动的分布式计算网络如何成为元宇宙重要基建

短期内很难实现web 3驱动分布式计算力，但从中长期来看，这是必然的结果和选择。原文题目：《AT 前瞻： 为什么 Web3 驱动的分布式算力网络是元宇宙的基础设施》

作者：Rosie，AT Capital高级投资经理

Intro在互联网上对元宇宙的定义是：元宇宙是利用技术手段(AR/VR/MR/XR等)与现实世界进行映射或在3D虚拟世界中连接和创造的。笔者将元宇宙视为与现实世界平行的空间，通过多种技术手段，可以创造出无数接近平行的空间。AR/VR/MR/XR产业不仅为硬件交互的颠覆，也为人类对空间的理解和空间的使用提供了新的可能性。

随着明年苹果推出名为Reality的MR设备，Meta继续重复Oculus的VR，国内Rokid、光粒子、Nreal等AR设备企业也陆续出货，我们已经站在了原宇宙爆发的前夜。本文基于对原宇宙硬件发展的理解，推导了原宇宙应用大规模爆发时对计算和传输的要求，论证了为什么web 3和分布式计算能力可以成为原宇宙时代的计算基础设施。

元宇宙的发展现状以驱动内容整体生态发展的基本逻辑与计算和存储咨询交互，通过传输将内容到达AR/VR/MR/XR硬件设备。用户使用终端硬件进入元宇宙。本文对AR/VR的发展进行了文章说明，主要集中在计算和传输上，存储是另一个大主题，将在后续文章内单独分析。

硬件AR/VR设备是用户进入元宇宙的硬件入口。

应收款

AR的全称Augmented Reality/增强现实，即使用计算机模拟将虚拟物体嵌套在真实环境中，使其存在于同一屏幕和空间中。

AR的技术趋势是光波导微led。

VR

VR全称虚拟现实/虚拟现实，即使用计算机模拟生成三维虚拟世界，为用户提供逼真的感官模拟。

VR的技术趋势是折叠光路微OLED。

AR和VR的具体技术路线不同，但总体技术框架相似。两者都需要选择照明和成像场景，在显示屏上渲染图像，给用户视觉上的沉浸感。

这篇文章对沉浸感的定义是，对计算机系统创造和显示的虚拟环境的感觉无限地对人类实际自然环境的感觉。AR/VR设备的显示要求是视网膜的要求。AR/VR设备显示有两个重要参数，直接影响用户的沉浸感。

分辨率/解决方案首先提到称为PPD(Pixel Per Degree)的单位，这决定了显示器的清晰度。与传统屏幕不同，AR/VR等近距离眼睛设备使用PPD测量屏幕清晰度，PPD表示视野中每个视角的像素密度。视网膜之类的屏幕要达到60PPD。另一个需要理解的是，视野(FOV)/视角、视野也可以理解。假设单目横向FOV为110，纵向约为120: 2 * (110 x 60) x (120 x 60)，根据分辨率定义。也就是说，近13k的屏幕可以满足视网膜显示的要求。

刷新率/Rate of Refresh可以理解为每秒帧数(fps)。这意味着每秒有多少帧图像(一帧一个图像)。从下图来看，fps低的时候人眼看到的东西的运动是不连续的。随着帧数的增加，人眼能感觉到东西连续移动。

引用：《Frame Rate: A Beginner’s Guide for Live Streaming》

Fps低的时候，人会因为画面的不连续性而头晕。因此，提高fps可以减少使用AR/VR硬件时感到的眩晕。达到60fps时，基本上不会头晕。达到144 fps时，可以达到人眼所能感知的最大限度，从而达到人类感知真实环境的效果。

用户数IDC宣布，2021年全球AR/VR出货量为1120万台，同比增长92.1%。如果用智能手机出货量来比喻的话(见下文)，我们将面临AR/VR时代爆发的前夕。

随着AR/VR总出货量的增加，越来越多的用户将通过AR/VR设备进入元宇宙，使用AR/VR设备的在线数量将增加。

现象和疼痛沉浸感可以通过计算机生成的3D虚拟世界或图像生成3D重建世界，并投影到2D屏幕上，感受距离、光线和色差。3D虚拟世界是使用专业建模软件(如unity)创建的，3D世界(包括3D重建的世界)和内部模型在2D屏幕上的渲染方式由渲染决定。渲染是元宇宙世界中使用计算力最多的计算任务类型。渲染算法通过照明角度、强度等一系列参数计算模型的阴影、颜色灰度等，从而生成看起来与实际非常相似的图片。用户在AR/VR设备上看到的实际上是渲染的照片流。目前，执行渲染的方法主要有三种(请参见下文)。

本地主机：也就是说，应用程序在AR/VR设备上运行，使用AR/VR设备的硬件直接渲染，渲染完成后将照片直接推送到AR/VR设备的显示器上。本地主机渲染体系结构存在一些大问题。

AR/VR应用程序包大小很大，主机端无法同时下载和保存多个应用程序。

由于AR/VR主机工厂需要控制设备成本价格，因此不选择在主机上安装大量计算资源，因此AR/VR设备无法满足渲染要求较高的场景中的应用程序，限制了AR/VR设备上可以运行的应用程序的数量和类型。

AR/VR设备与人体接触时，工作温度必须保持在人体可接受的区间，如果进行太多的当地计算，温度会上升，热量管理成为问题。

因为是穿戴型设备，所以在当地计算太多的话，用电速度会加快，用户需要经常充电，用户的穿戴时间会缩短。

基于上面提到的几个问题，AR/VR内容供应商和主机工厂一般建议不要在本地进行太多计算。

流式处理：也就是说，应用程序在用户的计算机上运行，使用计算机的硬件进行渲染，渲染完成后直接将照片推送到AR/VR设备的显示器上。流式体系结构最大的问题是渲染速度受限于用户的硬件参数。很少的用户拥有能够实现13k@144 fps渲染功能的硬件。因此，大规模人眼渲染需要更经济、更可扩展的计算解决方案。

云渲染：即应用程序运行云服务器，使用云服务器的硬件进行渲染，渲染完成后直接将照片推送到AR/VR设备的显示器。由于GPU是为最适合渲染类型的计算任务而设计的，因此假设：

所有渲染任务都由云GPU计算资源执行。

每个GPU的计算力为7.4 TFLOPS。换句话说，每秒处理7.4兆浮点计算。7.4TFLOPS是出货量最大的GPU的计算能力。

云供应商拥有所有计算力的30%-30%，这个数字基于全球云渗透率为15.7%的假设。

2021年全球GPU总出货量保有量约4亿个，到2025年底GPU总出货量保有量约~ 15亿个。假设云供应商占整个市场的30%，按同样的比例，云工厂在2021年拥有1.2亿个GPU，在2025年拥有4.5亿个GPU。

根据分辨率和fps要求，每次渲染一张照片时同时使用的GPU计算数字。请从GPU总数中计算支持全球同步在线的AR/VR设备数。如果渲染计算强度是人眼，即渲染计算力要求为13k@144 fps，则使用云渲染框架，到2025年底，同步在线AR/VR设备数量仅支持约600万台。据预测，2025年1年仅AR/VR设备出货量就将超过1亿台。

因此，未来几年以云供应商为主要渲染供应商的集中渲染计算能力不足以支持AR/VR时代的到来，需要新的计算体系和框架来支持元宇宙的爆发。

web 3驱动分布式计算网络发展现状本文将用户拥有的节点称为分布式计算节点，云工厂/IDC拥有的计算节点称为中央计算节点。

通过区块链技术tokenomics鼓励现实世界计算力的发展。Multicoin Capital将此机制称为物理工作证明Proof of Physical Work(PoPW)。PoPW鼓励用户执行可验证的物理任务(在本文中为渲染计算)。使用协议算法检查设备的状态，并根据预定义的规则集补偿算力贡献者和验证者。

是执行完整渲染作业的分布式计算节点，或者是将渲染图像作为图像流发送到客户端(AR/VR设备端)的渲染作业的一部分。

在宇宙中，渲染是对算力要求最高的计算工作

请参阅《3D 可视化入门基础：看渲染管线如何在 GPU 运作》

应用程序步骤：在CPU端运行，通常用于准备绘图所需的几何数据、统一数据等，并传递给GPU端。

几何体处理步骤：顶点明暗处理、细分明暗处理、几何体明暗处理、流出(用于将几何体处理步骤处理结果写回缓冲区)、修剪(用于剪切超过NDC的坐标和生成新顶点)

光栅阶段：将上一步中处理的地物(点、直线、三角形)转换为单个像素块。

Pixel Processing阶段：对栅格化的结果像素进行着色，然后按照一定的规则将计算的像素写入帧缓冲区或开发人员指定的缓冲区。

这些步骤可以并行处理多个步骤，如像素着色、顶点变换、实体集合或常规计算。这些可以并行处理的计算可以发送到其他节点进行操作，利用分布式节点的计算能力成为元宇宙的计算基础设施。

关于如何成为元宇宙的基础设施解决力不稳定，如上所述，渲染强度为人眼时，即渲染计算力要求为13k@144 fps时，根据我们的假设和估算，使用云渲染框架在2025年底仅支持同步在线AR/VR设备数~ 600万台。到了这个灵界点，分散算力不是算力的补充，而是支持宇宙发展的刚需。另一方面，云工厂的节点分布比用户的物理距离远得多，所以云渲染的照片会快速传输，没有边缘渲染的照片。为了达到144 fps的刷新速率，边缘节点的传输距离比中心服务器短。换句话说，传输速度更快。将Tokenomics作为鼓励全球节点贡献计算力的机制，利用POPW吸引数据完整性、准确性、全球计算能力强的节点加入网络，更好地为世界各地的用户提供对元宇宙渲染作业的需求。

我们设想的元宇宙算力分布将与下图的结构相似。

计算力

云供应商的GPU资源仍在充分利用，但作为通用计算机资源提供商，GPU资源除了渲染用途外，还大量用于AI相关领域，因此需要调动更多的计算资源。

通过激励模型，可以将更多节点连接到计算力网络上。评估网络中其他节点的算力强度，以分发适当的渲染作业。

AR/VR方面最终会收到从多个节点推送的照片流。AR/VR端只要对这些照片流进行排序，显示屏就会向用户显示。

传输

理论上，电信号的传播速度是光速。物理距离造成的数据传输延迟高的原因是，这些信号在传输过程中丢失，因此远距离传输必须经过“中转站”。这些中转站收到数据后，要加强这些数据的信号，恢复到刚刚发送的信号。这个过程需要时间，所以一般来说，地理距离越远，延迟越高。

如上图所示，当客户端1物理上远离云供应商的机房时，选择使用最近的分布式网络节点执行渲染作业。

客户端2在物理上接近云供应商的机房，接近部分分布式节点时，选择混合渲染方案，即中央分布式方案。

AR/VR端接收从多个节点推出的照片流，并在校准完成后在屏幕上显示。

令牌omics popw

使用Tokenomics激励世界各地的网络用户加入计算网络，PoPW的协议协议确保了数据的准确性和完整性。

在基础设施网络中使用Tokenomics有两个好处。

能够在全球范围内快速扩展网络，并更好地响应全球渲染作业的需求。

大型物理网络需要资本投资，无论是前期硬件购买成本，还是后期运输和维护成本。使用Tokenomics构建和维护网络，并将所有收入分配给供应商是更经济高效的解决方案。

分布式计算市长/市场映射

总之，我认为短期内很难实现web 3驱动分布式计算。渲染模型、使用的GPU阈值降低、传输等可能需要更多时间。但是从中长期来看，这是必然的结果和选择，支持宇宙大规模爆发，将成为宇宙中计算力的重要基础。

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