本文摘自《元宇宙漫游指南》作者：陳永偉、呂琳媛著，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

元宇宙是人們的想象與現(xiàn)實(shí)技術(shù)條件之間的耦合，在不同的技術(shù)條件下，元宇宙的形態(tài)和實(shí)現(xiàn)方式都會(huì)不一樣。這意味著，要想了解元宇宙發(fā)展的現(xiàn)狀、洞悉元宇宙未來(lái)可能發(fā)展的方向，就必須對(duì)與之相關(guān)的技術(shù)有一定的認(rèn)識(shí)。

與元宇宙相關(guān)的技術(shù)可謂錯(cuò)綜復(fù)雜。我們可以看到各種各樣科技感十足的名詞——VR、AR、人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)……似乎所有酷炫、充滿科技感的詞匯都能和元宇宙找到交集。各種科技詞匯都和元宇宙扯上關(guān)聯(lián)也并非嘩眾取寵，因?yàn)閺募夹g(shù)角度看，元宇宙確實(shí)關(guān)聯(lián)甚廣，很多技術(shù)的變化都會(huì)對(duì)元宇宙的建設(shè)產(chǎn)生影響。

由于與元宇宙相關(guān)的技術(shù)過(guò)于紛繁復(fù)雜，因此出于討論方便的考慮，我們將其中的關(guān)鍵技術(shù)分為了八大類(lèi)：

（1）區(qū)塊鏈技術(shù)（Blockchain）；

（2）交互技術(shù)（Interactivity）；

（3）通信技術(shù)（Communication Technology，5G、6G）；

（4）云和邊緣計(jì)算（Cloud and Edge Computing）；

（5）高性能計(jì)算和量子計(jì)算（High-Performance Computing andQuantum Computing）；

（6）物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人技術(shù)（IoT and Robotics）；

（7）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Network）；

（8）人工智能技術(shù)（Artificial Intelligence）；

由于這八類(lèi)技術(shù)的首字母的縮寫(xiě)正好為BIGCHINA，因此我們將其稱(chēng)為支撐元宇宙發(fā)展的“BIGCHINA技術(shù)體系”或者“大中國(guó)體系”。下面，我們將逐一對(duì)這八類(lèi)技術(shù)的基本狀況進(jìn)行介紹。當(dāng)然，介紹的順序?qū)⒏鶕?jù)各種技術(shù)和元宇宙的關(guān)聯(lián)狀況進(jìn)行調(diào)整，而不會(huì)按照“BIGCHINA”的字序。

交互技術(shù)

從技術(shù)上看，元宇宙是由計(jì)算機(jī)生成的，因此人們要進(jìn)入元宇宙，計(jì)算機(jī)就是必要的途徑，而一個(gè)人在元宇宙內(nèi)的所有行為，也都是通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的。因此，在考慮元宇宙問(wèn)題時(shí)，人機(jī)交互就成為首要的問(wèn)題。

雖然計(jì)算機(jī)是人們發(fā)明的工具，但自它被發(fā)明以來(lái)，卻一直在某種意義上扮演著“主體”的作用。換言之，“人要圍著機(jī)器轉(zhuǎn)”，人們要根據(jù)機(jī)器的特征去調(diào)整與它的交互方式。在這種條件下，人的創(chuàng)造性和能動(dòng)性就是被束縛的。因此，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的根本變革，實(shí)現(xiàn)從“機(jī)器是主體”到“人是主體”的轉(zhuǎn)變就十分重要了。元宇宙的一個(gè)重要意義，就是要把人們從過(guò)去通過(guò)文字、代碼等方式進(jìn)行人機(jī)交流的情境中解脫出來(lái)，轉(zhuǎn)而在一個(gè)虛擬環(huán)境下，用更為自然的方式來(lái)達(dá)

成人機(jī)交互。而要做到這一點(diǎn)，就需要有多種技術(shù)進(jìn)行支撐。

與元宇宙相關(guān)的人機(jī)交互技術(shù)主要有三類(lèi)：虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)AR），以及混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)MR）。在一些文獻(xiàn)中，有時(shí)也會(huì)把這三類(lèi)技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)為擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)XR）。

VR設(shè)備中看到的視差

所謂VR，指的是用機(jī)器模擬出一個(gè)虛擬的場(chǎng)景，讓人們可以產(chǎn)生身臨其境的感受。如果說(shuō)VR的目標(biāo)是用計(jì)算機(jī)憑空模擬出一個(gè)虛擬的世界，那么AR的目標(biāo)則是要將圖形、聲音、觸覺(jué)等要素添加到現(xiàn)實(shí)世界中；MR則是把AR和VR相結(jié)合，徹底達(dá)到虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)交互的境地。

嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)，AR和MR是有區(qū)別的，有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)它們進(jìn)行區(qū)分：一是虛擬物體的相對(duì)位置是不是會(huì)隨著設(shè)備的移動(dòng)而移動(dòng)；二是在理想條件下，虛擬物體和現(xiàn)實(shí)物體是不是可分。如果虛擬位置的相對(duì)位置不會(huì)隨著設(shè)備變化，并且虛擬和現(xiàn)實(shí)是可分的，那么它就是AR；反之，如果虛擬位置的相對(duì)位置會(huì)隨著設(shè)備變動(dòng)，并且虛實(shí)之間已經(jīng)融為一體，那么它就是MR。當(dāng)然，在實(shí)踐當(dāng)中，人們經(jīng)常會(huì)混用這兩個(gè)詞，很多本應(yīng)該被稱(chēng)為MR的產(chǎn)品，都被稱(chēng)為了AR。

人工智能

如果說(shuō)，以VR、AR為代表的交互技術(shù)是人們進(jìn)入元宇宙的門(mén)戶，那么人工智能技術(shù)就是讓整個(gè)虛擬世界能夠和人互動(dòng)起來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)。

我們將“人工智能”理解為讓智能體（agent）在復(fù)雜條件下達(dá)成目標(biāo)的能力。從歷史上看，人們嘗試過(guò)很多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)人工智能。例如，早期人們?cè)?jīng)嘗試從神經(jīng)科學(xué)入手，模擬人腦的運(yùn)作來(lái)達(dá)成人工智能。而在最近，機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）已經(jīng)成為人工智能的主流方法。

所謂機(jī)器學(xué)習(xí)，就是通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析，讓計(jì)算機(jī)在沒(méi)有預(yù)先進(jìn)行明確編程的前提下?lián)碛袑W(xué)習(xí)的能力，找到處理問(wèn)題的方法。比如，如果我們想訓(xùn)練計(jì)算機(jī)具有識(shí)別出圖片中的貓的能力，就可以找來(lái)一堆動(dòng)物圖片“喂”給機(jī)器，讓它“學(xué)習(xí)”。

當(dāng)然，“學(xué)習(xí)”的方法可以有很多種。傳統(tǒng)上，我們會(huì)更多采用一種被稱(chēng)為監(jiān)督式學(xué)習(xí)的方法：把那些有貓的圖片找出來(lái)，然后對(duì)貓的特征進(jìn)行標(biāo)識(shí)，比如，有大眼睛、圓臉、胖爪子等……等計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)了大量的圖片后，就會(huì)知道具有這些特征的動(dòng)物就叫做貓。

不過(guò)，這種訓(xùn)練的方式顯然十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力，僅僅對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)就要花費(fèi)大量的人力物力。因此，現(xiàn)在一種被稱(chēng)為“深度學(xué)習(xí)”（deep learning）的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)方法就變得更為流行了。

所謂深度學(xué)習(xí)，是一種模仿人腦思維過(guò)程的方法，它利用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過(guò)組合低層特征形成更加抽象的高層表示屬性類(lèi)別或特征，最后作出綜合判斷。回想一下我們學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)貓的過(guò)程，并沒(méi)有人找很多貓來(lái)進(jìn)行標(biāo)注，讓我們學(xué)習(xí)，我們只是看多了，就自然而然地知道什么是貓了。把這個(gè)“自然而然”的過(guò)程進(jìn)行解剖，我們其實(shí)是通過(guò)對(duì)貓的大量觀測(cè)，在大腦中總結(jié)出了很多關(guān)于貓的特征，然后把這些特征結(jié)合起來(lái)，就能判斷看到的動(dòng)物是不是貓。類(lèi)似地，深度學(xué)習(xí)也是通過(guò)對(duì)大量樣本的學(xué)習(xí)，逐步總結(jié)出一些判斷動(dòng)物是不是貓的總要特征，然后根據(jù)這些特征來(lái)進(jìn)行判斷。

用深度學(xué)習(xí)教計(jì)算機(jī)識(shí)別一只貓

在大數(shù)據(jù)條件下，相比于傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)，這種學(xué)習(xí)方法的效率優(yōu)勢(shì)十分明顯，在識(shí)別物體方面，它基本上可以達(dá)到和人工識(shí)別一樣的精確度。不過(guò)，有利必有弊。在可解釋性上，深度學(xué)習(xí)卻具有明顯的短板——我們雖然知道計(jì)算機(jī)能從圖中識(shí)別出一只貓，但卻很難知道它是憑借什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。

在現(xiàn)階段，人工智能在元宇宙的應(yīng)用主要有三個(gè)方面：實(shí)時(shí)場(chǎng)景和數(shù)字孿生體制造、虛擬人的智能化，以及數(shù)字化身的個(gè)性化。

在元宇宙中，用戶的位置會(huì)是隨時(shí)變換的。與之對(duì)應(yīng)的，虛擬場(chǎng)景也就要隨之變換，以保證其與用戶的互動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，大量的圖形、陰影變化，都需要人工智能來(lái)實(shí)時(shí)作出判斷。

所謂數(shù)字孿生，是對(duì)物理實(shí)體或系統(tǒng)具有高度完整性，并可以與物理世界保持交互作用的數(shù)字克隆體，它們可以在元宇宙里用來(lái)對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

在元宇宙中，除了人的數(shù)字化身之外，還會(huì)有很多作為“氣氛組”存在的虛擬人NPC。就像在電影《失控玩家》里一樣，這些NPC需要有一定和人進(jìn)行交互的能力，以滿足人們與之進(jìn)行互動(dòng)的需要。而要實(shí)現(xiàn)這些NPC的智能化，就需要應(yīng)用人工智能技術(shù)。

為了大幅提升虛擬人NPC的訓(xùn)練效果，經(jīng)常會(huì)用到強(qiáng)化學(xué)習(xí)。這種學(xué)習(xí)方法讓智能體在復(fù)雜的環(huán)境中不斷試錯(cuò)，并根據(jù)返回結(jié)果的正誤來(lái)給予“獎(jiǎng)勵(lì)”或“處罰”，借助這種思路，就可以在很短時(shí)間內(nèi)讓它們的AI水平有很大的提升?，F(xiàn)在，強(qiáng)化學(xué)習(xí)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于電腦游戲，相信在未來(lái)的元宇宙當(dāng)中，這種學(xué)習(xí)方法也會(huì)得到比較多的應(yīng)用。

在元宇宙中，每一個(gè)用戶都需要通過(guò)一個(gè)化身來(lái)行走江湖。因而，為了創(chuàng)建更逼真的虛擬環(huán)境，豐富的化身表示是必要的。但是，在很多元宇宙項(xiàng)目中，創(chuàng)作者只提供少數(shù)幾個(gè)特定的模型或只允許玩家創(chuàng)建只有幾個(gè)可選子模型的完整化身，如鼻子、眼睛、嘴巴等。因此，玩家的化身形象高度雷同，這在很大程度上損害了元宇宙本身的樂(lè)趣。

高性能計(jì)算和量子計(jì)算

正當(dāng)全世界都在對(duì)元宇宙表現(xiàn)出無(wú)限的憧憬時(shí)，英特爾公司卻跑出來(lái)給“元宇宙熱”潑了一盆冷水。不久前，美國(guó)科技媒體網(wǎng)站The Verge發(fā)表了一篇文章，文中援引了英特爾高級(jí)副總裁兼加速計(jì)算系統(tǒng)和圖形部門(mén)負(fù)責(zé)人拉賈·科杜里（Raja Koduri）對(duì)元宇宙的一段評(píng)論?？贫爬镎J(rèn)為：“元宇宙可能是繼互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之后的下一個(gè)主要計(jì)算平臺(tái)。但是，我們今天的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施還根本不足以實(shí)現(xiàn)這一愿景。”需要指出的是，科杜里對(duì)于算力的條件尤其表示擔(dān)憂，他說(shuō)：“實(shí)現(xiàn)元宇宙所需要的算力將會(huì)是現(xiàn)在全部算力的一千倍?！比绻贫爬锏呐袛嗍钦_的，那么算力的制約就會(huì)成為進(jìn)入元宇宙的最大障礙。想要真正擁抱元宇宙，就必須努力突破這一瓶頸。

從目前看，突破算力瓶頸有著多種可能的技術(shù)路徑。包括高性能計(jì)算、量子計(jì)算、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、概率計(jì)算等。限于篇幅，這里將主要介紹高性能計(jì)算和量子計(jì)算。

所謂高性能計(jì)算，通俗來(lái)說(shuō)，指的就是利用聚集起來(lái)的計(jì)算能力來(lái)處理標(biāo)準(zhǔn)工作站無(wú)法完成的數(shù)據(jù)密集型計(jì)算任務(wù)。作為一個(gè)綜合的領(lǐng)域，高性能計(jì)算涉及的問(wèn)題十分復(fù)雜，包括軟件、硬件等各個(gè)層面。

高性能計(jì)算中，最為重要的核心技術(shù)是并行計(jì)算（Parallel Computing）。所謂并行計(jì)算，是相對(duì)于串行計(jì)算而言的。在串行計(jì)算當(dāng)中，計(jì)算任務(wù)不會(huì)被拆分，一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行會(huì)固定占有一塊計(jì)算資源。而在并行計(jì)算中，任務(wù)則會(huì)被分解并交給多個(gè)計(jì)算資源進(jìn)行處理。

當(dāng)然，這種任務(wù)的分解和分配可以是多樣的，可以是把計(jì)算任務(wù)分給多個(gè)處理器，讓它們協(xié)同求解，也可以是被求解的問(wèn)題分解成若干個(gè)部分，各部分均由一個(gè)獨(dú)立的處理機(jī)來(lái)并行計(jì)算。并行計(jì)算系統(tǒng)既可以是含有多個(gè)處理器的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也可以是以某種方式互連的若干臺(tái)獨(dú)立計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集群。

從架構(gòu)上看，并行計(jì)算可以分為同構(gòu)并行計(jì)算（homogeneous parallel computing）和異構(gòu)并行計(jì)算（heterogeneous parallel computing）。顧名思義，同構(gòu)并行計(jì)算是把計(jì)算任務(wù)分配給一系列相同的計(jì)算單元；異構(gòu)并行計(jì)算則是把計(jì)算任務(wù)分配給不同制程架構(gòu)、不同指令集、不同功能的計(jì)算單元。比如，多核CPU的并行運(yùn)算就屬于同構(gòu)并行，而CPU+GPU的架構(gòu)就屬于異構(gòu)并行。

對(duì)比于同構(gòu)并行，異構(gòu)并行具有很多的優(yōu)勢(shì)。用通俗的語(yǔ)言解釋?zhuān)@種優(yōu)勢(shì)來(lái)自各種計(jì)算單元之間的“術(shù)業(yè)專(zhuān)攻”，在異構(gòu)架構(gòu)之下，不同計(jì)算單元之間的優(yōu)勢(shì)可以得到更好的互補(bǔ)。正是由于這個(gè)原因，異構(gòu)并行計(jì)算正得到越來(lái)越多的重視。尤其需要說(shuō)明的是，在元宇宙領(lǐng)域，很多大型企業(yè)給出的計(jì)算解決方案都是基于異構(gòu)并行的。

如果說(shuō)高性能計(jì)算是在運(yùn)算資源的分配上下功夫，那么量子計(jì)算就是試圖通過(guò)改變經(jīng)典計(jì)算的整個(gè)邏輯來(lái)提升運(yùn)算效率了。

我們知道，經(jīng)典計(jì)算的基本單位是比特，比特的狀態(tài)要么是0，要么是1，因此經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的所有問(wèn)題都可以分解為對(duì)0和1的操作。而量子計(jì)算的基本單位則是量子比特，它的狀態(tài)則可以是一個(gè)向量。這樣一來(lái)，量子存儲(chǔ)器就比經(jīng)典的存儲(chǔ)器具有很大的優(yōu)勢(shì)。

打個(gè)不太恰當(dāng)?shù)谋确剑和孢^(guò)動(dòng)作游戲的朋友大多知道，在游戲中，我們扮演的英雄經(jīng)?？梢允褂煤芏嗾袛?shù)，有些招數(shù)只能是針對(duì)單一對(duì)象輸出的；而另一些招數(shù)則可以針對(duì)全體敵人輸出。這里，前一類(lèi)的單體輸出招數(shù)就相當(dāng)于經(jīng)典計(jì)算，而后一類(lèi)的群體輸出招數(shù)就相當(dāng)于量子計(jì)算。我們知道，在面對(duì)大量小怪圍攻的時(shí)候，一次群體輸出產(chǎn)生的效果可以頂?shù)蒙虾芏啻螁误w輸出的招數(shù)。同樣的道理，在一些特定情況下，量子計(jì)算可以比經(jīng)典計(jì)算實(shí)現(xiàn)非常大的效率提升。

舉例來(lái)說(shuō)，大數(shù)因式分解在破解公開(kāi)密鑰加密的過(guò)程中有十分重要的價(jià)值。如果用計(jì)算機(jī)，采用現(xiàn)在常用的Shor算法來(lái)對(duì)數(shù)N進(jìn)行因式分解，則其運(yùn)算的時(shí)間將會(huì)隨著N對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)的長(zhǎng)度呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。1994年時(shí)，曾有人組織全球的1 600個(gè)工作站對(duì)一個(gè)二進(jìn)制長(zhǎng)度為129的數(shù)字進(jìn)行了因式分解。這項(xiàng)工作足足用了8個(gè)月才完成。而從理論上看，如果我們要分解一個(gè)二進(jìn)制長(zhǎng)度為1 000的數(shù)，將會(huì)耗時(shí)1025年——真不知道到時(shí)候銀河系還在不在！然而，如果同樣的問(wèn)題換成用量子計(jì)算來(lái)解決，那么整個(gè)問(wèn)題就可以在1秒之內(nèi)解決。量子計(jì)算的威力由此可見(jiàn)一斑。

但是，在看到量子計(jì)算威力的同時(shí)，我們也必須認(rèn)識(shí)到，至少到目前為止，量子計(jì)算的威力還只能體現(xiàn)對(duì)少數(shù)幾種特殊問(wèn)題的處理上，其通用性還比較弱。事實(shí)上，現(xiàn)在見(jiàn)諸報(bào)道的各種量子計(jì)算機(jī)，也都只能執(zhí)行專(zhuān)門(mén)算法，而不能執(zhí)行通用計(jì)算。比如，谷歌和NASA聯(lián)合開(kāi)發(fā)的D-Wave就只能執(zhí)行量子退火（Quantum Annealing）算法，而我國(guó)研發(fā)的光量子計(jì)算機(jī)“九章”則是專(zhuān)門(mén)被用來(lái)研究“高斯玻色取樣”問(wèn)題的。盡管它們?cè)诟髯缘膶?zhuān)業(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)都十分優(yōu)異，但都還不能用來(lái)解決通用問(wèn)題。這就好像游戲中的群體攻擊大招，雖然攻擊范圍廣，但是對(duì)每個(gè)個(gè)體的殺傷力都比較弱。因此，如果遇上大群的小怪，群體攻擊固然厲害，但如果遇上防御高、血條厚的Boss，這種攻擊就派不上用處了。

從這個(gè)角度看，如果我們希望在元宇宙當(dāng)中用上量子計(jì)算的威力，就必須先找出適合量子計(jì)算應(yīng)用的問(wèn)題和場(chǎng)景，然后再找到相應(yīng)的算法。與此同時(shí)，我們也必須認(rèn)識(shí)到，雖然量子計(jì)算的研發(fā)和探索十分重要，但是它和對(duì)其他技術(shù)路徑的探索之間更應(yīng)該是互補(bǔ)，而不是替代的關(guān)系。

云計(jì)算和邊緣計(jì)算

如果高性能計(jì)算和量子計(jì)算都不能完全回應(yīng)元宇宙帶來(lái)的算力挑戰(zhàn)，那么還有一種可能的解決思路就是應(yīng)用云計(jì)算。

我們可以用一個(gè)通俗的比喻來(lái)對(duì)云計(jì)算進(jìn)行理解。在傳統(tǒng)上，用戶主要是通過(guò)調(diào)用自有的單一IT資源，這就好比每家每戶自己發(fā)電供自己用；而云計(jì)算則好像是建了一個(gè)大型的發(fā)電站，然后將“電力”（IT資源）輸出給所有的用戶來(lái)用。

用戶就可以根據(jù)自己的需要來(lái)選擇相應(yīng)的IT資源了。比如，如果元宇宙的用戶需要更多的算力或存儲(chǔ)，而本地的機(jī)器無(wú)法滿足，那么就可以通過(guò)從云端來(lái)獲取“外援”。一個(gè)云端CPU不夠，那就再來(lái)幾個(gè)，按需取用，豐儉由人，既方便，又不至于產(chǎn)生浪費(fèi)。

盡管從理論上看，云計(jì)算可以很好地承擔(dān)元宇宙產(chǎn)生的巨大運(yùn)算和存儲(chǔ)需求，但是其缺陷也是很明顯的。比較重要的一點(diǎn)是，在執(zhí)行云計(jì)算時(shí)，有大量的數(shù)據(jù)要在本地和云端之間進(jìn)行交換，這可能會(huì)造成明顯的延遲。尤其是數(shù)據(jù)吞吐量過(guò)大時(shí)，這種延遲就更加嚴(yán)重。對(duì)于元宇宙的用戶來(lái)說(shuō)，這可能會(huì)對(duì)其使用體驗(yàn)產(chǎn)生非常負(fù)面的效果。

那么怎么才能克服這個(gè)問(wèn)題呢？一個(gè)直觀的思路就是，在靠近用戶或設(shè)備一側(cè)安放一個(gè)能夠進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸?shù)钠脚_(tái)。這個(gè)平臺(tái)一方面可以在終端和云端之間承擔(dān)起一個(gè)中介的作用，另一方面則可以對(duì)終端的各種要求作出實(shí)時(shí)的回應(yīng)。這個(gè)思想，就是所謂邊緣計(jì)算。由于邊緣平臺(tái)靠近用戶，因而其與用戶的數(shù)據(jù)交換就要更加及時(shí)，延遲問(wèn)題就可以得到比較好的破解。研究表明，借助邊緣計(jì)算，延遲可以降低60%以上。

邊緣計(jì)算示意

當(dāng)然，邊緣計(jì)算的好處還不止于此。比如，邊緣計(jì)算的應(yīng)用還可以更好地保護(hù)用戶的隱私。相比于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)，元宇宙將收集比以往任何時(shí)候都多的用戶數(shù)據(jù)，其產(chǎn)生的隱私風(fēng)險(xiǎn)也將比以往任何時(shí)候都更為嚴(yán)重?，F(xiàn)在的云服務(wù)大多是被一些互聯(lián)網(wǎng)巨頭掌握的，這些巨頭在搜集用戶信息方面可謂是不遺余力。這意味著，用戶在暢游元宇宙的同時(shí)，自己的所有數(shù)據(jù)、行動(dòng)軌跡，甚至生物信息都在時(shí)時(shí)刻刻遭到巨頭們的窺視。

相比之下，邊緣計(jì)算允許在邊緣設(shè)備上處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，就可以給用戶隱私提供更好的保護(hù)。一方面，邊緣服務(wù)不僅可以在授權(quán)過(guò)程中從應(yīng)用程序中刪除高度私密的數(shù)據(jù)，以保護(hù)用戶隱私。另一方面，邊緣平臺(tái)還可以更方便地使用“聯(lián)邦學(xué)習(xí)”（FederatedLearning）等可以保護(hù)用戶隱私的算法。這里說(shuō)到的聯(lián)邦學(xué)習(xí)，是一種區(qū)別于傳統(tǒng)的集中化學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。它不需要預(yù)先采集用

戶數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總之后再進(jìn)行分析，而是可以把程序派到本地，直接返回學(xué)習(xí)的結(jié)果。最后，分析者只需要將這些返回的結(jié)果匯總，就可以得到最終的分析結(jié)論。很顯然，在采用這樣的算法之后，機(jī)器學(xué)習(xí)就能夠不再和隱私發(fā)生沖突了。

通信技術(shù)

元宇宙的使用會(huì)產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)吞吐，而與此同時(shí)，人們對(duì)VR和AR的普遍使用則會(huì)要求更低的延遲。為了同時(shí)滿足高吞吐和低延時(shí)的要求，就必須使用更高性能的通信技術(shù)。

按照通信所需要借助的介質(zhì)差異，通信可以分為有線通信和無(wú)線通信。總體來(lái)講，有線通信的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)線通信。在2021年7月，日本已經(jīng)將有線通信的記錄刷新到了319 Tbps，也就是說(shuō)每秒可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到了39.9 TBytes。按照這種速度，傳輸一部10 G的高清電影只需要0.0003秒。應(yīng)該說(shuō)，以這個(gè)傳輸速度，已經(jīng)完全可以滿足元宇宙的需要了。

但問(wèn)題是，人們希望能在元宇宙當(dāng)中自由地活動(dòng)，而不愿意被束縛在計(jì)算機(jī)或者某個(gè)固定的設(shè)備旁邊。這樣一來(lái)，元宇宙的通信就會(huì)更多依賴于無(wú)線通信。

在無(wú)線通信中，光波是最主要的載體。光波的傳播速度主要是由其帶寬決定的，而帶寬的大小則取決于其波動(dòng)頻率。因此，無(wú)線通信技術(shù)從1G發(fā)展到5G，就是在不斷增加光波的波動(dòng)頻率，借以提升其帶寬。

或許有人認(rèn)為，既然如此，那問(wèn)題不就簡(jiǎn)單了？只要不斷努力提升光的波動(dòng)頻率，不就可以讓無(wú)線傳輸?shù)乃俣葻o(wú)限提升了嗎？但問(wèn)題顯然沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。原因在于，光的波動(dòng)頻率和波長(zhǎng)的乘積是一個(gè)定值，也就是光速。因此，波動(dòng)頻率越快，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)就越短。而波長(zhǎng)一旦短了，就會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。例如，它的覆蓋率會(huì)很短、穿越障礙的能力會(huì)很差。

那么，這些問(wèn)題應(yīng)該如何解決呢？現(xiàn)在的5G技術(shù)對(duì)此提出的解決方案是建造更為密集的微基站。不就是信號(hào)覆蓋小、穿越性差嗎？那我把周?chē)冀ㄉ匣?。?dāng)然，這樣的基站不能建得很大，只能微型化。幸好，由于無(wú)線通信的電線長(zhǎng)度需要和波長(zhǎng)匹配，因此對(duì)于這些波長(zhǎng)很短的信號(hào)，用的也正是很短的天線。并且，由于每一根天線都很短小，因此每個(gè)基站上都可以放上很多天線發(fā)送，很多天線接收。這種設(shè)計(jì)，就是MIMO，也就是所謂“多入多出”（Multiple-Input Multiple-Output）。

現(xiàn)在，5G技術(shù)已經(jīng)逐漸開(kāi)始普及。不過(guò)，即使如此，5G的傳輸速度依然難以和有線傳輸相比肩。如果與前面說(shuō)到的有線傳輸極限速度相比，5G的傳輸速度大致上只有其1/16 000。不僅如此，由于5G需要建立大量的基站，因此其成本將是十分高昂的。因此在實(shí)踐當(dāng)中，只有一些人口密集的大城市有條件普及5G，而對(duì)于一些比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，5G則很難有機(jī)會(huì)得到應(yīng)用?；谝陨显?，我們認(rèn)為，如果僅僅依靠現(xiàn)在的5G技術(shù)，恐怕還很難有效滿足元宇宙提出的通信要求。6G以及更新的無(wú)線通信方案必須被引入。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

除了通信技術(shù)之外，元宇宙對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)也提出了很多新的要求。

讓我們想象一下這樣一個(gè)場(chǎng)景：有A、B兩個(gè)城市，本來(lái)彼此之間交流并不頻繁。但突然有一天，B城市的居民突然迷上了A城市出產(chǎn)的水果，這樣一來(lái)，兩個(gè)城市之間的貨運(yùn)需求就陡然增加了幾十倍。我們知道，水果是不能舊存的，所以從A城市到B城市的貨運(yùn)必須既要運(yùn)得多，又要運(yùn)得快。這個(gè)情況就是從傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)向元宇宙時(shí)的寫(xiě)照。在元宇宙條件下，內(nèi)容傳輸?shù)牧繒?huì)比現(xiàn)在暴漲幾十甚至上百倍，但對(duì)于延遲的忍耐力卻更低了。

那么，如何才能滿足這種高吞吐、低延時(shí)的挑戰(zhàn)呢？我們不妨還是先看一看城市貨運(yùn)的那個(gè)場(chǎng)景。很顯然，為了滿足貨運(yùn)增加的需要，我們的第一反應(yīng)就是準(zhǔn)備數(shù)量更多的、速度更快的車(chē)——這就好像我們?cè)诳紤]傳輸時(shí)，先要想從通信技術(shù)層面找到突破一樣。但是，對(duì)于貨運(yùn)來(lái)講，只增加車(chē)顯然是不夠的。如果不對(duì)道路進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃、管制和改建，那么這些飛奔的貨車(chē)就會(huì)撞在一起，造成一片混亂。同樣的，如果不對(duì)網(wǎng)絡(luò)加以相應(yīng)的設(shè)計(jì)，那么僅靠通信能力的提升也無(wú)法很好適應(yīng)元宇宙的挑戰(zhàn)。

面對(duì)擁堵的交通局面，一般來(lái)說(shuō)，我們會(huì)采用宏微觀兩個(gè)層面的方法來(lái)對(duì)交通進(jìn)行疏導(dǎo)。在宏觀層面，我們會(huì)把道路進(jìn)行分類(lèi)，讓不同的車(chē)走不同的道。類(lèi)似警車(chē)、救護(hù)車(chē)、消防車(chē)等有緊急任務(wù)的車(chē)，會(huì)給出專(zhuān)道通行，而一般的私家車(chē)則會(huì)安排另外的通道。在微觀層面，我們會(huì)在各個(gè)路口安排交警進(jìn)行協(xié)調(diào)。一些人如果有急事，交警就會(huì)讓他先行通過(guò)，而對(duì)于其他的司機(jī)，則需要進(jìn)行更多的等待。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上，類(lèi)似的思路依然有用。

交通上的分道行駛，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上被稱(chēng)為“網(wǎng)絡(luò)切片”。簡(jiǎn)而言之，它就是把一個(gè)整體的網(wǎng)絡(luò)切分成幾個(gè)層，讓不同的應(yīng)用在不同的層次進(jìn)行傳輸。這樣，就可以在總傳輸能力有限的情況下，優(yōu)先保證那些對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求較高的需求?？梢韵胍?jiàn)，當(dāng)元宇宙的需求被真正激活后，傳輸總量、傳輸種類(lèi)都會(huì)出現(xiàn)暴增。在這種情況下，要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的資源進(jìn)行更好地宏觀配置，勢(shì)必要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更為科學(xué)、精細(xì)的切片。

5G的網(wǎng)絡(luò)切片示意圖

交警對(duì)于道路的微觀疏導(dǎo)對(duì)應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，就是所謂服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）管理。我們知道，當(dāng)?shù)缆吠ㄟ^(guò)量有限時(shí)，就必須決定誰(shuí)先行、誰(shuí)等待。類(lèi)似的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸擁堵時(shí)，就必定會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)包的丟失。這時(shí)到底丟誰(shuí)的數(shù)據(jù)包，就成了一個(gè)問(wèn)題。QoS管理的邏輯就是按照服務(wù)對(duì)傳輸質(zhì)量的要求來(lái)決定優(yōu)先級(jí)，先丟棄那些對(duì)于傳輸要求不高的服務(wù)的數(shù)據(jù)，以盡可能保住那些對(duì)傳輸要求高的服務(wù)的數(shù)據(jù)。而究竟哪些服務(wù)對(duì)于傳輸?shù)囊蟾?，依靠的主要是一套技術(shù)上的客觀標(biāo)準(zhǔn)。

這個(gè)邏輯本身沒(méi)有問(wèn)題。但是，在元宇宙條件下，人的主觀體驗(yàn)可能會(huì)越來(lái)越重要，因此有一些學(xué)者認(rèn)為，應(yīng)該用基于體驗(yàn)質(zhì)量（Quality of Experience，QoE）管理取代QoS管理，來(lái)作為劃定傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。舉例來(lái)說(shuō)，如果從純技術(shù)的角度看，對(duì)一個(gè)機(jī)器指令的傳輸可能要比一個(gè)游戲信號(hào)的傳輸更為重要，因此基于QoS的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該先讓對(duì)機(jī)器的指令通過(guò)。但對(duì)于用戶來(lái)講，這可能并不正確。事實(shí)上，對(duì)于很多人來(lái)講，一個(gè)機(jī)器早執(zhí)行、晚執(zhí)行一個(gè)任務(wù)幾分鐘，并沒(méi)有什么問(wèn)題，而如果一個(gè)游戲的信號(hào)晚了幾個(gè)毫秒，他的體驗(yàn)就會(huì)大幅下降。因此基于QoE的思路，應(yīng)該先讓游戲信號(hào)通過(guò)。

當(dāng)然，元宇宙的應(yīng)用場(chǎng)景很多，既有生活場(chǎng)景，也有工作場(chǎng)景。可以想象，QoS和QoE管理都會(huì)有其市場(chǎng)。至于如何根據(jù)場(chǎng)景的變化，隨時(shí)切換兩種管理模式，這或許會(huì)成為元宇宙條件下網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。

區(qū)塊鏈技術(shù)

在元宇宙當(dāng)中，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N十分重要的技術(shù)。我們已經(jīng)看到，包括Sandbox、Decentraland、Axie Infinity在內(nèi)的眾多元宇宙項(xiàng)目都采用區(qū)塊鏈來(lái)作為它們的經(jīng)濟(jì)和治理系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

嚴(yán)格地說(shuō)，區(qū)塊鏈（Blockchain）并不是一種單一的技術(shù)，而是由多種技術(shù)組成的集合體，它的思想可以追溯到“中本聰”（SatoshiNakamoto）于2008年發(fā)表的奠基性論文。最初，“區(qū)塊鏈”只是用來(lái)描述比特幣支撐技術(shù)的一種比喻說(shuō)法，后來(lái)隨著比特幣架構(gòu)體系的逐漸流行，這個(gè)名稱(chēng)才約定俗成，逐漸流傳了開(kāi)來(lái)。現(xiàn)在，區(qū)塊鏈通常被用來(lái)指一種去中心化的基礎(chǔ)架構(gòu)和計(jì)算范式。它利用加密鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來(lái)生成和更新數(shù)據(jù)、利用自動(dòng)化腳本代碼（智能合約）來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編程和操作。

在整合了鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、分布式共識(shí)算法，以及智能合約的優(yōu)點(diǎn)之后，區(qū)塊鏈就成為一套非常強(qiáng)大的工具。從性質(zhì)上看，區(qū)塊鏈的運(yùn)作并不依賴于一個(gè)中心化的協(xié)調(diào)者，可以實(shí)現(xiàn)人與人之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交互，可以在人們之間互不相熟的條件下保證交互的安全，還可以盡可能保證用戶的隱私和數(shù)據(jù)安全。所有的這些性質(zhì)，都使得它非常適合元宇宙中“人與人的自由聯(lián)合”的組織方式。

物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人技術(shù)

現(xiàn)在我們討論元宇宙，大多是將其視為一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相對(duì)的虛擬世界來(lái)看待的。無(wú)論是前面討論的AR、VR，還是人工智能，都是圍繞著這個(gè)虛擬世界在討論。然而，這種虛實(shí)之間的分離敘事顯然是不能讓我們滿意的。

試想，如果我們?cè)谠钪娈?dāng)中觀看一檔美食節(jié)目，視覺(jué)VR技術(shù)已經(jīng)可以將食物及其烹調(diào)過(guò)程模擬得如真實(shí)一樣。如果我們?cè)敢?，還可以借助嗅覺(jué)VR技術(shù)，模擬出這道美食的氣味。好了，現(xiàn)在氣氛都做足了，我們的饞蟲(chóng)都被釣到嗓子眼了。但是，這美食到底是假的，我們?cè)趺答?，都只能饞了個(gè)寂寞。那么，怎么才能彌補(bǔ)這種遺憾呢？這時(shí)候，物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人等技術(shù)就能派上用處了。

所謂物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，就是物的互聯(lián)網(wǎng)。它可以通過(guò)各種信息傳感器、射頻識(shí)別等裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集關(guān)于物體的各種信息，并通過(guò)各類(lèi)可能的網(wǎng)絡(luò)接入，達(dá)成物與物、人與物的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過(guò)程的識(shí)別和管理。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，有幾項(xiàng)重要的支柱技術(shù)：一是射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification），也就是所謂RFID技術(shù)。它可以通過(guò)射頻信號(hào)來(lái)對(duì)物體實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的識(shí)別和信息采集。二是傳感器。它可以自動(dòng)、實(shí)時(shí)地對(duì)物體的相關(guān)信息進(jìn)行提取。三是嵌入式系統(tǒng)。它可以嵌入到受控物體的內(nèi)部，讓物品在接收到相關(guān)指令之后，采取對(duì)應(yīng)的行動(dòng)。這幾樣技術(shù)，再加上通信網(wǎng)絡(luò)、云等基礎(chǔ)設(shè)施，就可以在人與人互聯(lián)的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

如果物聯(lián)網(wǎng)得到了充分的普及，那么當(dāng)我們?cè)谠钪胬锟吹搅讼氤缘拿朗持螅涂梢酝ㄟ^(guò)物聯(lián)網(wǎng)將烹調(diào)相應(yīng)美食的指令發(fā)送到附近的機(jī)器人那里。機(jī)器人可以根據(jù)程序，作出對(duì)應(yīng)的美食，再送到我們的身邊。如果能夠達(dá)成這樣的虛實(shí)互動(dòng)，那么元宇宙對(duì)我們來(lái)講就不再是一個(gè)虛擬世界，而成了我們生活的現(xiàn)實(shí)世界的一部分了。

需要指出的是，除了這種對(duì)未來(lái)的想象之外，元宇宙與物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人之間的互動(dòng)事實(shí)上已經(jīng)有了很多的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。舉例來(lái)說(shuō)，在工業(yè)企業(yè)當(dāng)中，有一些大型設(shè)備（如機(jī)械臂）由于其形狀限制，對(duì)其操作十分困難。在這種情況下，如果可以利用AR，再加上物聯(lián)網(wǎng)，就可以更好地完成對(duì)其的操控。

結(jié)語(yǔ)

在每一個(gè)時(shí)代，人們都有著對(duì)元宇宙的想象和實(shí)踐，但每一個(gè)時(shí)代關(guān)于元宇宙的想象和實(shí)踐又各不相同。在這種差異的背后，是技術(shù)條件的差異。在任何時(shí)候，人們只可能用已有的技術(shù)條件去創(chuàng)造元宇宙，技術(shù)是什么樣，相關(guān)的實(shí)踐只能在它給出的約束下去進(jìn)行。從這個(gè)意義上講，認(rèn)識(shí)當(dāng)前與元宇宙相關(guān)的各類(lèi)技術(shù)的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，對(duì)于我們判斷元宇宙的發(fā)展方向?qū)⑹侵陵P(guān)重要的。

我們提出了一個(gè)BIGCHINA的分析框架，指出了與元宇宙發(fā)展最為相關(guān)的八類(lèi)技術(shù)。在我們看來(lái)，這八類(lèi)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r將會(huì)對(duì)元宇宙的實(shí)現(xiàn)形態(tài)起到?jīng)Q定性的作用，而這些技術(shù)的走向，也會(huì)左右元宇宙發(fā)展的方向。

所以，如果你想從根本上了解元宇宙，那么不妨多花點(diǎn)時(shí)間關(guān)注一下BIGCHINA吧！

書(shū)名：《元宇宙漫游指南》作者：陳永偉、呂琳媛著，出版社：上海人民出版社

作者簡(jiǎn)介

陳永偉

《比較》雜志研究部主管，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、反壟斷和管制經(jīng)濟(jì)學(xué)。曾在中英文期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文六十余篇，在報(bào)刊雜志上發(fā)表文章數(shù)百篇。曾獲得《金融研究》年度最佳論文獎(jiǎng)、優(yōu)秀論文獎(jiǎng)、《經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)》最佳專(zhuān)欄獎(jiǎng)。著有《區(qū)塊鏈通識(shí)：關(guān)于區(qū)塊鏈的111個(gè)問(wèn)題》。

呂琳媛

電子科技大學(xué)教授，主要研究方向?yàn)閺?fù)雜網(wǎng)絡(luò)信息挖掘領(lǐng)域，包括海量信息導(dǎo)航、挖掘、推薦和預(yù)測(cè)。國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者、四川省青年人才。阿里巴巴復(fù)雜科學(xué)研究中心副主任。2018 年入選《麻省理工科技評(píng)論》“35歲以下創(chuàng)新35人”。著有《重塑：信息經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)》。