分布式架构将“现实”置于 AR 中

在过去的 40 年里，移动电子产品芯片组的演进路径一直朝着功能集成水平不断提高的方向发展，最终形成片上系统 (SoC) 架构。有时单片集成，有时通过高级封装实现，移动 SoC 包含多种功能——包括但不限于基带、应用处理器、RF 收发器、WLAN（即 Wi-Fi）和 WPAN（即蓝牙) 通信 — 集成到单个芯片或封装中。这种架构非常适合并最终体现在现代手机的纤薄但功能强大的外形。然而，随着我们通过 AR 眼镜的用户超越智能手机，进入全新的增强现实 (AR) 世界——有人称之为虚拟世界——事实证明，SoC 架构与其说是推动，不如说是障碍。

为了将AR眼镜的愿景（双关语）变为现实，设计不仅需要实现大众市场的采用，而且还必须能够在日常生活中佩戴——作为佩戴者日常着装的一部分。为了实现这一点，眼镜需要比智能手机更加有流线型。他们还需要支持时尚的外形。此外，为了尽量减少佩戴者的疲劳，它们必须尽可能轻，而且在重量分布方面也更加平衡，以避免眼镜的一侧比另一侧重。

过去和当前的设计通常将电子设备放置在眼镜的太阳穴或镜腿中，这仍然是一个合乎逻辑的地方。然而，移动 SoC 不适合解决上述挑战，考虑到它们的裸片和封装尺寸以及作为单个芯片不允许任何形式的重量分布的事实，除了可能在另一臂上添加更笨重的组件（如电池）之外。

在今年的骁龙峰会上，高通宣布偏离可能将 AR 眼镜变为现实的 SoC 演进路径。为了扭转这一趋势，高通提出了一种分布式架构方法，不仅适用于眼镜内部的电子设备，还适用于眼镜和智能手机或 PC 等主机设备之间，为蜂窝通信和一些图形处理分配一些繁重的工作。

在骁龙峰会的第二天，高通发布了全新的骁龙AR2 Gen 1平台。该平台将各种硅块分解为围绕眼镜间隔开的三个模块，从而使设计更加流线型和平衡。这些模块包括增强现实处理器、增强现实协处理器和 Wi-Fi 连接模块。

正如所宣布的那样，AR 处理器将负责典型的 GPU 类型功能，如图像/视频捕捉、计算机视觉和显示驱动，但通过结合 ISP、Adreno Video、Adreno Display 和视觉分析引擎 IP 块，以硬件加速的方式实现这些功能.

同时，AR 协处理器将专注于提供 AI 加速，以及为眼动追踪、物体检测和生物认证等任务聚合传感器和摄像头数据。

最后但同样重要的是，连接模块当然会负责使分布式架构可行所需的高速、低延迟通信。可能不太明显的是该模块使用了高通的 FastConnect XR 2.0 软件套件，该公司称其在提供所需性能的同时，与之前的版本相比功耗降低了 40%。

芯片到芯片和AR眼镜到主机的分布式架构（来源：高通）

增强现实处理器和协处理器与智能手机、个人电脑甚至网络中的主机处理器协同工作，提供分布式计算架构，具备骁龙平台原生的异构处理、传感器融合和人工智能处理能力。连接模块使用 Wi-Fi 7 作为高频带、同步多链路，在眼镜和处理主机之间提供高达 5.8 Gbps 的高速/高带宽连接。

Snapdragon AR2 Gen 1 平台不仅将平台分解成多个组件，为 AR 眼镜提供了更好的重量分配和平衡，还将布线要求减少了 45%，印刷电路板 (PCB) 面积减少了 40%，与 SoC 架构的骁龙 XR2 平台相比，处理器功耗降低了 50%，Wi-Fi 功耗降低了 40%，因此占用的空间更少，这再次让眼镜更时尚、更舒适。

将这种新的分布式架构与现有的 SoC 解决方案进行比较时，其中一些减少可能有悖常理。

乍一看，布线似乎会随着分布式架构中不同模块互连的需要而增加，而在 SoC 中，布线都是片上互连。如果这些应用中布线的主要驱动力是芯片上不同 IP 块之间的连接，那么这就是事实。

然而，在 AR 眼镜等应用中，无论是 SoC 还是多个模块，绝大多数布线要求实际上是针对芯片外部组件的输入/输出 (I/O) 接口在分布式架构中。

这些类型的外部组件的示例是连接到处理器的传感器和相机。在分布式架构中，这些外部（到芯片）组件之间的布线最小化，因为组件可以放置在最靠近适当模块的位置，而不是所有布线都必须转到 SoC 所在的位置。

当考虑可能必须为三个模块而不是一个模块供电时，功率降低也可能违反直觉。但高通声称，硬件加速器的广泛使用以及先进工艺节点技术的使用确实带来了这些节能效果。

最后，可以说重量不是一个因素，因为即使是此类 SoC 在重量和质量方面也相对可以忽略不计。虽然仅将 SoC 与分布式模块进行比较时可能确实如此，但包括等式中PCB面积和布线的减少确实会显着影响重量的影响，更具体地说，重量分布对眼镜佩戴者的影响——尤其是在所有日常用例。

高通称，其主要 AR 处理器采用台积电 4 纳米工艺，并针对 AR 工作负载和要求进行了优化，高通声称，Snapdragon AR2 Gen 1 平台的人工智能处理能力提高了 2.5 倍，同时运行功耗低于 1 W。该平台还通过 Wi-Fi 提供低于 2 毫秒的延迟和 9 毫秒的运动到光子延迟（用户做出动作与它在显示器上显示之间的延迟）。这种高速、低延迟的链接使眼镜到主机的分布式架构成为可能。没有快速的Wi-Fi 7就此而言，所有加工都需要在眼镜上完成，这在尺寸、重量、美观和可佩戴性方面都是令人望而却步的。其他解决方案可能在主机和 AR 眼镜之间使用有线连接，但无线连接在美观和可穿戴性方面更胜一筹。

分布式设备架构并不是一个新概念。这是我大约十年前在从事一个项目时提出的假设，该项目考虑了移动设备以及支持它们的半导体和网络的未来。

然而，随着 Qualcomm 最新的 Snapdragon AR2 Gen 1 平台发布，这一概念也被扩展到实际的芯片架构中，并有可能将曾经只是理论的东西变成现实——无论是增强的还是其他的。