我们离实现元宇宙还有多远？

何为元宇宙：旧瓶装新酒？

最近如果不说说“元宇宙”，好像就很难在科技界混下去。

Facebook更名Meta，表明公司将与“元宇宙（Metaverse）”紧紧捆绑；一众名人争相购买虚拟土地、发NFT，让现实世界中的炒房热也“与时俱进”地登陆了虚拟空间——想要忽视“元宇宙”这个名词已经不太可能了。

到底什么是“元宇宙”？

关于这个词，最早的文字记录可以追溯到美国科幻小说家尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）于1992年创作的《雪崩（Snow Crash）》：书中描绘的“元宇宙”，是一个支持人们跨越地理障碍相互往来的数字空间。

所以，“元宇宙”的大火，只是资本把一个陈年概念经过重新包装、再次呈现在消费者面前的炒作吗？

我觉得并不是。

尽管VR（Virtual Reality，虚拟现实）游戏等娱乐项目已经成为了度过闲暇时光的一个常见选项，但我们必须承认：VR技术创造的世界与“元宇宙”所象征的、一个媲美现实的数字世界是相去甚远的。

从最简单的娱乐、社交功能开始，到后续潜在的协同办公、贸易往来，乃至立法的全面跟进，“元宇宙”有潜力一步步与现实世界靠近，最终实现在某些功能上对于后者的超越。

毕竟在这个数字化的世界里，地理障碍将被不复存在，而生产效率也将由计算机重新定义。

元宇宙的发展：埋藏在未知中的已知

“元宇宙”的实现基于多种技术交叉融合，比如更真实的三维建模技术、更高速的通信技术等等，其发展自然也与这些技术手段自身的发展息息相关。

然而，理想与现实间的技术鸿沟是如此之巨大，以至于攻克这一难关对于牵涉于其中的各个技术领域来说都将意味着脱胎换骨式的成长。

因此，尽管我相信“元宇宙”的发展只是时间问题，但必须承认的是，身处其发展的初级阶段的我们很难想象出完全体的“元宇宙”最终会以怎样的方式改变我们的生活：就像上世纪四十年代建造ENIAC的前辈们一定想象不出我正在用笔记本电脑输入这段文字的场景一样。

那么，我们能否从纷繁复杂的未知中发掘出一些「不变量」？

这个问题或许过于宏大，但从技术的角度来看，有两个要素是显而易见的：一个是硬件、一个是软件。

元宇宙对于算力和算法的需求是巨大的。为了构建一个真实的数字空间，我们迫切地需要新的硬件来快速地完成对于模型、场景的渲染。为了支持沉浸式的体验，也同样需要软件的持续创新。

人们面对的是从未见过的需求，但只有这样的蓝海，才有爆发的机会和可能。

另一方面，“元宇宙”并不是另起炉灶的新世界，而是旨在提供一个与现实世界并驾齐驱的选择。因此，软件安全便成为了治安管理一般不可忽视的存在。当软件安全无法得到保障，“元宇宙”构建出的数字世界的吸引力将只是无稽之谈。

研发计算能力更强的芯片   EDA工具面对的新挑战 

大量的图形处理需求对应的是巨大的运算量，而流畅的用户体验则意味着对于延迟的高度敏感。显然，为了实现“元宇宙”，传统的芯片设计方法已然无能为力——这需要我们为特定的算法和应用，打造专用的芯片架构。而算法、应用的复杂又决定了芯片架构的复杂，或者说，较大的电路规模。

这是一个很自然的趋势：特别是近几年，单个芯片集成的晶体管已经突破了百亿大关。

这样大规模的设计，通过人力来处理是不可能、也是没必要的，因为EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）工具可以更高效地胜任这一工作。

我们甚至可以说，芯片设计的发展史便是EDA工具的发展史。这一命题在过去成立，在未来、在元宇宙里，也将继续成立。

芯片算力和EDA的性能就像鸡生蛋、蛋生鸡的关系。芯片规模越来越大，EDA仿真、编译的复杂度就会越高，花费的时间就会越久。这就需要创新的EDA算法，更好的利用已有芯片的大算力，比如多核并行、软硬件协同优化、敏捷设计方法等等，来提升EDA工具的性能。这样就能更快、更好地设计出更大算力的芯片，再反哺到EDA性能的提升。两者就这样不断交替地螺旋上升，形成正向反馈。

为了更好的理解这个问题，首先必须要知道EDA工具发展到了什么程度。芯片设计可以分为多个阶段，比如除了普遍意义上的“设计”以外，还包括了“综合”、“验证”以及“布局布线”等任务，将芯片工程师完成的、抽象的人为描述转化为底层级的、具体的物理设计。而完成这个转换，就需要大量的EDA工具的帮助。

拿全球EDA头部厂商新思科技（Synopsys）举例，它提供的芯片开发工具包括：芯片仿真VCS、VC Formal，调试Verdi，静态分析SpyGlass，综合Design Compiler，布局布线IC Compiler，时序分析PrimeTime，功耗分析PrimePower，寄生参数提取StarRC等等。他们甚至还有一站式解决方案Fusion Compiler，直接从RTL硬件语言到GDSII版图一步到位。

从芯片工程师的角度看，设计出算力更强、架构更复杂的芯片并不是天方夜谭：这意味着更大的团队和更高的时间和投入。但在EDA工具这一边，规模太大、无法在物理意义上实现的芯片设计显然是没有意义的。

那么对于元宇宙需要的大算力芯片来说，EDA工具的能力是否可以进一步提升？如何更好的利用现有的EDA工具、并且开发下一代EDA工具，让芯片设计更快、更高效？比如我们是否可以使用人工智能，来自动化处理芯片设计的某些关键环节，从而降低人工投入，例如新思的DSO.ai技术让AI可以加持所有EDA工具，提升设计效率；或者最大限度的并行化EDA工具的运行，充分享受大算力芯片带来的性能红利？

不管答案如何，面对着新的挑战，EDA工具很可能决定着，我们能否为“元宇宙”提供足够的硬件支持。

软件安全：元宇宙的“阿喀琉斯之踵”

相较于硬件，软件对于构建“元宇宙”的重要性更是不言而喻：这个虚拟空间中将处处都是软件。

如果说软件像是构筑起“元宇宙”这座大楼的砖块，那么砖块的数量固然重要，砖块的质量同样应该受到高度的重视——没有人愿意生活在破损的砖块垒成的危楼中：

它越是高耸，就越是摇摇欲坠。

同时，安全隐患还可能来自于第三方库、开源代码等等，可谓防不胜防。

如何在保证软件开发效率不受影响的前提下最大程度地减少安全隐患？一套系统的方法论是必不可少的。我觉得新思科技的软件安全方案提供了一个可行的技术方向。

除了在EDA工具领域的多年深耕，新思在安全软件领域也有自己的自动化解决方案：它由静态分析、动态分析和软件组合分析等多种应用安全分析工具组成。

如此一来，自动化工具确保了将安全隐患排除在软件开发的每一个环节以及软件产品的应用场景以外，而软件工程师们则能够集中精力于软件开发本身。

克服元宇宙的“阿喀琉斯之踵”，完整的软件工具链将扮演重要的角色。

（本文首发于知乎回答：元宇宙会是下一个技术风口？实现需要哪些技术突破？）

（注：本文不代表老石任职单位的观点。）