在過(guò)去的40年里，移動(dòng)電子產(chǎn)品的芯片組的演進(jìn)路徑一直不可阻擋地朝著越來(lái)越高的功能集成水平發(fā)展，最終達(dá)到了SoC架構(gòu)。有時(shí)是單片集成，有時(shí)是通過(guò)高級(jí)封裝實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)SoC將多種功能（包括但不限于基帶、應(yīng)用處理器、射頻收發(fā)器、WLAN（即Wi-Fi）和WPAN（即藍(lán)牙）通信）集成到單個(gè)芯片或封裝中。這樣的架構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)手機(jī)的輕薄但功能強(qiáng)大的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)是理想的。然而，當(dāng)我們超越智能手機(jī)進(jìn)入一個(gè)全新的AR世界時(shí)，SoC架構(gòu)更像是一個(gè)阻礙而不是促進(jìn)因素。

為了將AR眼鏡的視覺(jué)效果變成現(xiàn)實(shí)，不僅需要獲得大眾市場(chǎng)的接受，還必須方便在日常生活中佩戴。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，眼鏡需要比智能手機(jī)更精簡(jiǎn)。它們還需要具備時(shí)尚的外形因素。此外，為了最大限度地減少佩戴者的疲勞，他們不僅要盡可能輕，且要在重量分布方面更加平衡。

過(guò)去和現(xiàn)在的設(shè)計(jì)通常把電子設(shè)備放在眼鏡的太陽(yáng)穴或眼鏡腿的位置，這仍然是一個(gè)合乎邏輯的地方。然而，移動(dòng)SoC并不能解決上述挑戰(zhàn)，考慮到它們的芯片和封裝尺寸，以及作為單個(gè)芯片不允許任何形式的重量分布，除了可能在另一個(gè)腿上增加更笨重的組件，比如電池。

在今年的Snapdragon峰會(huì)上，Qualcomm宣布脫離SoC演進(jìn)路徑，這可能會(huì)讓AR眼鏡成為現(xiàn)實(shí)。為了扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)，Qualcomm提出了一種分布式架構(gòu)方法，不僅適用于眼鏡內(nèi)部的電子設(shè)備，還適用于眼鏡和智能手機(jī)或PC等主機(jī)設(shè)備之間，為蜂窩通信和一些圖形處理分配一些重要的工作。

在Snapdragon峰會(huì)的第二天，Qualcomm宣布了新的Snapdragon AR2 Gen 1平臺(tái)。該平臺(tái)將不同的芯片塊分成三個(gè)模塊，這些模塊圍繞眼鏡間隔，使設(shè)計(jì)更加精簡(jiǎn)和平衡。這些模塊包括一個(gè)AR處理器、一個(gè)AR協(xié)處理器和一個(gè)Wi-Fi連接模塊。

正如所宣布的，AR處理器負(fù)責(zé)典型的GPU類(lèi)型的功能，如圖像/視頻捕獲、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和顯示驅(qū)動(dòng)，但通過(guò)整合ISP、Adreno Video、Adreno Display和視覺(jué)分析引擎IP模塊，以硬件加速的方式實(shí)現(xiàn)這些功能。

與此同時(shí)，AR協(xié)處理器將專(zhuān)注于提供AI加速，以及聚合傳感器和攝像頭數(shù)據(jù)，以完成眼球跟蹤、物體檢測(cè)和生物特征認(rèn)證等任務(wù)。

最后同樣重要的是，連接模塊負(fù)責(zé)高速、低延遲的通信，以使分布式架構(gòu)可行。該模塊使用了Qualcomm的FastConnect XR 2.0軟件套件。Qualcomm聲稱(chēng)，與以前的版本相比，該套件可以降低40%的功耗，同時(shí)提供所需的性能。

AR處理器和協(xié)同處理器與智能手機(jī)、PC甚至網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)處理器協(xié)同工作，提供一個(gè)分布式計(jì)算架構(gòu)，該架構(gòu)具有Snapdragon平臺(tái)原生的異構(gòu)處理、傳感器融合和AI處理功能。連接模塊使用Wi-Fi 7作為高頻、同步多鏈路，在眼鏡和處理主機(jī)之間提供高達(dá)5.8-Gbps的高速/高帶寬連接。

與SoC架構(gòu)的驍龍XR2平臺(tái)相比，驍龍AR2 Gen 1平臺(tái)不僅將平臺(tái)拆分成多個(gè)組件，為AR眼鏡提供了更好的重量分配和平衡，還將布線要求降低了45%，PCB面積降低了40%，處理器功耗降低了50%，Wi-Fi功耗降低了40%，因此占用的空間更少，這也使得眼鏡更時(shí)尚、更舒適。

當(dāng)把這種新的分布式架構(gòu)與現(xiàn)有的SoC解決方案進(jìn)行比較時(shí)，其中一些參數(shù)的降低可能是違反直覺(jué)的。

乍一看，布線似乎會(huì)隨著分布式架構(gòu)中不同模塊的互連需求而增加，而在SoC中，它都是片上互連。如果這些應(yīng)用的主要布線的主要原因是芯片上不同IP塊之間的連接，這將是正確的。

然而，在AR眼鏡等應(yīng)用中，絕大多數(shù)布線需求實(shí)際上是用于組件的I/O接口，無(wú)論它是一個(gè)SoC還是分布式架構(gòu)中的多個(gè)模塊，這些組件都會(huì)在芯片外部。

這些類(lèi)型的外部組件的例子是連接到處理器的傳感器和攝像頭。在分布式架構(gòu)中，這些外部（到芯片）組件之間的布線運(yùn)行被最小化，因?yàn)榻M件可以被放置在最靠近適當(dāng)模塊的位置，而不是所有運(yùn)行都必須去SoC所在的地方。

當(dāng)考慮到可能需要為三個(gè)模塊供電而不是一個(gè)模塊時(shí)，功耗的降低可能也違反直覺(jué)。但Qualcomm聲稱(chēng)，硬件加速器的廣泛使用以及先進(jìn)節(jié)點(diǎn)技術(shù)的使用確實(shí)可以降低功耗。

最后，可以說(shuō)重量不是一個(gè)因素，因?yàn)榧词故沁@種類(lèi)型的SoC在重量和質(zhì)量方面也可以忽略不計(jì)。雖然只比較SoC和分布式模塊可能是正確的，但計(jì)算公式中PCB面積和配線的減少確實(shí)會(huì)對(duì)重量，更具體地說(shuō)，重量分布對(duì)眼鏡佩戴者的影響產(chǎn)生重大影響，特別是在全天使用的情況下。

Qualcomm在其主機(jī)AR處理器上使用了TSMC 4nm工藝，并針對(duì)AR工作負(fù)載和需求進(jìn)行了優(yōu)化，Qualcomm聲稱(chēng)，Snapdragon AR2 Gen 1平臺(tái)在功耗低于1 W的情況下，AI處理能力提高了2.5倍。該平臺(tái)還提供低于2毫秒的Wi-Fi延遲和9毫秒的動(dòng)作到光子延遲（用戶(hù)做出動(dòng)作和顯示在顯示屏上之間的延遲）。這種高速、低延遲的鏈接使眼鏡到主機(jī)分布式架構(gòu)變得可行。如果沒(méi)有快速的Wi-Fi 7連接，所有的處理都需要在眼鏡上完成，這在尺寸、重量、美觀和可穿戴性方面都是令人望而卻步的。其他解決方案可能會(huì)在主機(jī)和AR眼鏡之間使用有線連接，但無(wú)線連接在美學(xué)和可穿戴性方面都更優(yōu)越。

分布式設(shè)備架構(gòu)并不是一個(gè)新概念；這是大約十年前在一個(gè)項(xiàng)目中提出的假設(shè)，該項(xiàng)目設(shè)想了移動(dòng)設(shè)備以及支持它們的半導(dǎo)體和網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)。

然而，隨著Qualcomm最新發(fā)布的Snapdragon AR2 Gen 1平臺(tái)，這一概念也被擴(kuò)展到實(shí)際的芯片架構(gòu)中，并有可能將曾經(jīng)只是理論的東西變成現(xiàn)實(shí)。

［參考文章］Distributed Architecture Puts the ‘Reality’ in AR — Francis Sideco

編輯：黃飛