通信架構(gòu)實(shí)驗(yàn)室主要是致力于無(wú)線通信基礎(chǔ)架構(gòu)的研究，我們主要是采用通信和計(jì)算結(jié)合的方式打造高效的端到端的通信系統(tǒng)，提升用戶體驗(yàn)。今天我給大家介紹的主題主要是匯報(bào)我們 5G 和 VR 結(jié)合的工作——“通信和計(jì)算融合，引領(lǐng)VR未來(lái)”。

主要介紹三個(gè)部分：

第一，5G 主要面對(duì)的數(shù)據(jù)洪流，從架構(gòu)上怎么支持 5G 的數(shù)據(jù)洪流。

第二，介紹研究院對(duì)于遠(yuǎn)程沉浸式互動(dòng)的愿景。

第三，通信與計(jì)算融合解決移動(dòng) VR 關(guān)鍵問(wèn)題。

我們研究工作的重點(diǎn)主要是通信和計(jì)算融合的方式，為什么需要通信和計(jì)算融合呢？大家如果從互聯(lián)網(wǎng)廠商的角度可能認(rèn)為通信系統(tǒng)基本上對(duì)我來(lái)說(shuō)是透明的，我不需要知道你通信到底做了哪些事情，只需要把信息從一端傳到另一端就可以，為什么通信和計(jì)算要結(jié)合起來(lái)，有什么好處？

5G 如何應(yīng)對(duì)龐大的數(shù)據(jù)流

主要的出發(fā)點(diǎn)是數(shù)據(jù)，怎么處理數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)，特別是 5G 將來(lái)所要面對(duì)的數(shù)據(jù)洪流。大家肯定都是對(duì)摩爾定律非常熟悉，宋院長(zhǎng)（英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)）也介紹摩爾定律如何實(shí)現(xiàn)每18個(gè)月我們芯片的能力翻一番。

今天圍繞的主題是VR和5G，為什么VR需要特別大的數(shù)據(jù)容量，為什么VR在數(shù)據(jù)洪流里會(huì)占據(jù)大量的流量呢？目前互聯(lián)網(wǎng)的最主要的傳輸內(nèi)容是視頻，將來(lái)VR是代表更高質(zhì)量視頻的未來(lái)。

舉個(gè)例子，如果大家看一張很高清的圖片，放在手機(jī)上或者是放在電視上會(huì)覺(jué)得現(xiàn)在的清晰度已經(jīng)超出你的想象，非常的清楚。但是如果你把一個(gè)同樣的圖片放在一個(gè)VR眼鏡上，同樣的分辨率會(huì)變得非常模糊，為什么？主要是視角的原因，我們?cè)谑謾C(jī)和電視機(jī)上看圖片的時(shí)候，你的視角只有10到30度左右，在VR眼鏡上拓展到100度、120度、150度，一下子增加了好幾倍，縱向還有增加的倍數(shù)。為了達(dá)到非常好的高清要求，對(duì)VR的顯示來(lái)說(shuō)需要25倍到40倍的分辨率增加，這樣它的流量會(huì)變得非常高。

比如我們要打造一個(gè)非常好的VR系統(tǒng)，現(xiàn)在的系統(tǒng)是達(dá)不到這個(gè)要求，你需要16K到24K超級(jí)高清的VR。不壓縮的話，容量會(huì)達(dá)到500Gbps，每個(gè)月的容量是1Gbps，如果是500Gbps，可能是十幾年的容量一秒鐘就過(guò)去了，即使壓縮之后也達(dá)到1Gbps，同時(shí)VR對(duì)顯示的延遲非常敏感，對(duì)傳輸?shù)娜蒎e(cuò)性也是非常敏感。所以對(duì)5G來(lái)說(shuō)，特別是高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，對(duì)5G的通信系統(tǒng)和計(jì)算系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都要著力應(yīng)對(duì)。

我們主要研究系統(tǒng)架構(gòu)，在5G系統(tǒng)架構(gòu)里面怎么樣滿足一個(gè)速率洪流的要求，主要是采用計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)融合的方式，在端到端的部署、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)滿足數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)囊蟆?/p>

在3G、4G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)和云計(jì)算是云計(jì)算功能，對(duì)于一個(gè)云計(jì)算的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)基本上是透明的，它的傳輸容量在接入網(wǎng)端的傳輸容量和核心網(wǎng)的傳輸容量，骨干網(wǎng)的傳輸容量是一致的，你發(fā)的任何一個(gè)請(qǐng)求都會(huì)到云計(jì)算中心處理，然后再把結(jié)果返回給你，這樣在整個(gè)容量是一個(gè)一致的管道的容量。

大家應(yīng)該都有親身的體驗(yàn)，如果你寬帶擴(kuò)容了50兆，然后再擴(kuò)到100兆或1Gbps，其實(shí)你的感覺(jué)并不明顯，你的容量并不是受限于接入網(wǎng)端，而是在核心網(wǎng)、骨干網(wǎng)或者數(shù)據(jù)中心里面，沒(méi)有辦法支持那么高速率的應(yīng)用。如果你的小區(qū)里面放一個(gè)視頻服務(wù)器，你去訪問(wèn)視頻服務(wù)器的時(shí)候會(huì)感覺(jué)看起高清大片來(lái)特別流暢，主要是因?yàn)閮?nèi)容下沉。

在4G的后半期我們已經(jīng)引入了邊緣計(jì)算，邊緣計(jì)算的目的主要是應(yīng)對(duì)在網(wǎng)絡(luò)邊緣的數(shù)據(jù)傳輸和處理的要求。我們加入邊緣計(jì)算，可以對(duì)很多邊緣產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和反饋，比如智能汽車產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，智能工廠產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，這樣就不需要把所有的數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算中心再進(jìn)行處理。它有兩點(diǎn)非常明顯的好處，第一是時(shí)延非常低，滿足物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。第二是減少核心網(wǎng)的帶寬。雖然我們的5G會(huì)將邊緣的容量擴(kuò)展得很大，比如說(shuō)100倍到1000倍左右，核心網(wǎng)不可能擴(kuò)展到1000倍。

在5G和下一代會(huì)是什么樣？會(huì)發(fā)生什么呢？在第三階段的時(shí)候，我們認(rèn)為它的計(jì)算能力會(huì)進(jìn)一步的下移到智能終端。比如，車或者手機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)智能終端，家里的傳感器和路上的傳感器很多都可以連到智能終端上，5G的網(wǎng)絡(luò)會(huì)把整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能終端和邊緣計(jì)算的能力、云計(jì)算的能力統(tǒng)一起來(lái)，所以我們能夠打造一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也是一個(gè)端到端的計(jì)算平臺(tái)，來(lái)應(yīng)對(duì)5G的數(shù)據(jù)洪流。

沉浸式互動(dòng)的未來(lái)

還有社交的功能，大家回家都非常少，在外地工作的時(shí)候，有了我們這個(gè)系統(tǒng)可以瞬間轉(zhuǎn)移到你的家里，和你的父母進(jìn)行聊天，好像你真的回到家里身臨其境一樣，這是我們?cè)O(shè)想的遠(yuǎn)程沉浸式互動(dòng)的未來(lái)。我們用什么樣的技術(shù)實(shí)現(xiàn)呢？下面跟大家介紹一下。

VR最主要的肯定是要做內(nèi)容，我們剛才也說(shuō)目前的VR內(nèi)容2K、4K，它的清晰度還差得很遠(yuǎn)，我們?cè)趺礃赢a(chǎn)生高質(zhì)量VR的內(nèi)容呢。如果你體驗(yàn)過(guò)VR的視頻可能會(huì)有一些體驗(yàn)，目前的VR視頻除了是好萊塢制作的大片，基本上VR視頻內(nèi)容都是2D的，因?yàn)?D VR視頻生成是非常復(fù)雜的，制作難度也大。

所以，我們英特爾中國(guó)研究院研究的目標(biāo)聚焦兩點(diǎn)：

第一，3D VR視頻能實(shí)時(shí)合成，能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的內(nèi)容。

第二，怎么實(shí)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)容滿足我們對(duì)遠(yuǎn)程沉浸式未來(lái)的要求。

我們的設(shè)備大家可以看到它有非常多的攝像頭，有17個(gè)，每個(gè)攝像頭是2K的分辨率，為什么需要這么多的攝像頭，實(shí)際上主要是為了在水平方向能夠在任意方向差值生成一個(gè)3D的內(nèi)容，需要每個(gè)攝像頭之間有比較多的重合區(qū)域，所以需要非常多的攝像頭。

3D VR的合成算法非常復(fù)雜，特別是產(chǎn)生一個(gè)沒(méi)有瑕疵的3D視頻，你要消除它的鬼影效應(yīng)，消除拼接的瑕疵，采用非常復(fù)雜的光流算法，即使是目前最強(qiáng)大的服務(wù)器和最強(qiáng)大的臺(tái)式機(jī)也很難完成實(shí)時(shí)性的功能。

我們開(kāi)發(fā)了分布式的處理平臺(tái)，是非常高密度的分布式處理平臺(tái)，是2.5U高的機(jī)箱，在這里可以插入12個(gè)至強(qiáng)CPU卡，同時(shí)插入12塊FPGA卡，中間有600G左右的互聯(lián)能力。對(duì)視頻VR處理來(lái)說(shuō)，對(duì)實(shí)時(shí)合成來(lái)說(shuō)一個(gè)主要的功能就是怎么樣實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的同步，從處理的角度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的同步，這個(gè)平臺(tái)也可以支持。通過(guò)我們算法的研究，通過(guò)實(shí)時(shí)處理的加強(qiáng)，希望我們能夠真正的達(dá)到產(chǎn)生一個(gè)非常高質(zhì)量的，比如說(shuō)現(xiàn)在產(chǎn)生8K的高清的內(nèi)容，滿足將來(lái)的要求。

我們有了內(nèi)容之后，下一個(gè)面臨的問(wèn)題是怎么樣把這些內(nèi)容傳輸?shù)娇蛻舳恕偛耪f(shuō)了VR的傳輸要求是非常高，整個(gè)的帶寬需要是100兆到1Gbps。同時(shí)，延遲需要非常低，只有十幾毫秒到二十多毫秒。目前的網(wǎng)絡(luò)基本上是沒(méi)有辦法滿足這個(gè)要求，所有移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)是有接入網(wǎng)，有核心網(wǎng)，有骨干網(wǎng)，所以在任何的兩個(gè)用戶之間傳輸，即使你是在離得很近的兩個(gè)用戶傳輸，實(shí)際上要走一大圈，中間需要經(jīng)過(guò)非常多的設(shè)備，即使優(yōu)化得很好，最好的效果只能達(dá)到50毫秒到100毫秒。

在這種情況下怎么能夠滿足VR處理實(shí)時(shí)性的十幾毫秒的要求，特別是移動(dòng)的時(shí)候跟上你的顯示速度，這只有十幾毫秒。我們提出一種方法——邊緣計(jì)算，通過(guò)通信和計(jì)算結(jié)合的方法，采用邊緣計(jì)算的能力能夠使VR達(dá)到實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊?，解決從顯示到頭顯的要求，解決從帶寬到時(shí)延的要求。

首先，我們生成VR的視頻內(nèi)容之后，把360度的全景視頻通過(guò)壓縮傳到邊緣服務(wù)器，在邊緣服務(wù)器端有整個(gè)全景的內(nèi)容，可以同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶。每個(gè)用戶會(huì)把自己的視角信息，你在看哪個(gè)方向傳給邊緣服務(wù)器，邊緣服務(wù)器把視角信息的內(nèi)容發(fā)給用戶。

這樣有兩個(gè)特別顯著的好處：

一是通過(guò)通信和計(jì)算結(jié)合的方式，采用邊緣服務(wù)器能夠顯著降低從移動(dòng)到顯示的時(shí)延，本來(lái)是50到100毫秒，現(xiàn)在只是10到20毫秒。

二是能夠大大降低無(wú)線通信帶寬的需求。如果不采用這種方法需要1Gbps帶寬，采用這種方法可以降低2到3倍。通過(guò)這種方法我們能夠打造一個(gè)高效的5G網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。

還有一點(diǎn)比較重要的：可靠性。因?yàn)閂R的傳輸它對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸蠓浅８?。一個(gè)視頻如果離得很遠(yuǎn)，看電視的時(shí)候突然有一些瑕疵可能感覺(jué)比較明顯，但不會(huì)感覺(jué)特別不舒服，但是如果一個(gè)VR眼鏡在顯示一個(gè)視頻的時(shí)候，如果突然感覺(jué)有一幀丟失了，就需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能恢復(fù)出來(lái)，這時(shí)候會(huì)感覺(jué)到特別的不舒服。

這是我們錄的兩段視頻，左邊是英特爾的移動(dòng)VR系統(tǒng)，右邊是第三方的系統(tǒng)?？梢钥吹阶筮叺南到y(tǒng)是我們用手機(jī)拍攝下來(lái)的，是非常流暢，但是右邊因?yàn)槭峭耆窟@種PC的功能，手機(jī)端的功能比較弱，會(huì)顯得非?？D。

還有另外一點(diǎn)最重要的，也是做研究經(jīng)常容易忽略的一件事情，你的應(yīng)用在哪里來(lái)。如果我們做了一個(gè)VR系統(tǒng)，所有的應(yīng)用要重新寫(xiě)，所有的內(nèi)容要重新生成，那是沒(méi)有辦法建立起一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的。

我們做的事情就是怎么把我們的移動(dòng)VR移植到PC端、邊緣服務(wù)器端和主流的平臺(tái)上，我們開(kāi)發(fā)了VR無(wú)線適配，可以無(wú)縫的接到Steam平臺(tái)，Steam運(yùn)行的游戲和內(nèi)容就可以在移動(dòng)VR上播放和運(yùn)行。我們把顯示內(nèi)容從PC或者邊緣服務(wù)器顯示到移動(dòng)VR端，同時(shí)移動(dòng)VR端的感知信息，比如傳感器的信息會(huì)發(fā)給Steam平臺(tái)，能夠?qū)⒁粋€(gè)PC VR的體驗(yàn)和基于云計(jì)算VR的體驗(yàn)帶到真正的移動(dòng)VR端。

最后總結(jié)一下，我們通信架構(gòu)實(shí)驗(yàn)室主要是在5G和VR結(jié)合方面的研究，通過(guò)通信和計(jì)算融合的方式打造一個(gè)高效的通信和計(jì)算系統(tǒng)，能夠?qū)?lái)解決一些移動(dòng)VR端的關(guān)鍵問(wèn)題，通往我們所設(shè)想的遠(yuǎn)程沉浸式互動(dòng)的未來(lái)。