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元宇宙的基础技术构成分析(资料整理)

元宇宙的基础技术构成分析(资料整理) 数组智控产业发展科技院
2022-02-10
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导读:小编本人从认知层面,对元宇宙落地的技术分析,通过这篇文章基本都表述清楚了。最近元宇宙概念一直是数字经济中最活

小编本人从认知层面,对元宇宙落地的技术分析,通过这篇文章基本都表述清楚了。


最近元宇宙概念一直是数字经济中最活跃、最具代表性的部分,也是数字化的基础设施发展到一定程度之后的必然产物。


推动元宇宙发展,需要新型数字基础技术设施。基础设施的外部性,会促进物理世界数字经济发展,加速向数字社会过渡。


游戏行业展示了元宇宙的雏形,反过来元宇宙又展示了数字社会的形态。


元宇宙的基础技术设施模型是探索元宇宙整体认知的基石之一,我们惊奇的发现这些基础技术设施,同时也是我国“十四五规划”中数字经济理论体系的核心组成部分。


“十四五规划” 数字经济基础设施框架


元宇宙的基础设施总共划分为五层,自下而上依次是物理层、软件层、数据层、规则层、应用层。


这五个层级,并不是机械、僵化地划分,而是基于认识的方法论。


物理层侧重硬件,

软件层侧重广泛应用的软件,

数据层进一步抽象,是重要的资产和新型生产要素,

规则层则强调数字经济内在运行秩序。

这四个层级逐层抽象,相辅相成,成为元宇宙基础设施的重要组成部分。

第五个层级是构建在这四个层级之上的各类应用。


尤其需要强调的是,某些应用可以演化成为软件层、数据层或规则层的基础设施。


物理层


所谓物理层是所有元宇宙基础设施中的根基,是产生数据、储存数据、分析数据和应用数据的载体,即装备和设备。


从数字经济基础设施的定义来看,它属于公共品服务,具备外部性、公共性的特点。


物理层主要分为三大类:传统基础设施数字化、数字化基础设施和人机交互设备。


所谓数字化基础设施指的是各类电子设备,比如5G、物联网、微机电系统、计算中心、边缘计算中心等。


5G是数字化基础设施的重要组成部分,为元宇宙、工业互联网、人工智能、远程医疗等我国重点发展的新兴产业提供通信管道支撑,5G与传统产业深度融合,也将催生更多新产业、新业态和新模式。


5G建设的内容包括但不限于以下四类:


一、机房、供电、铁塔、管线等设施的升级、改造和储备。

二、5G基站、核心网、传输等基础网络设备的研发与部署。

三、5G新型云化业务应用平台的部署,与新业务以及各种垂直行业应用的协同。

四、围绕5G的工业互联网新型先进制造网络环境,包括物联网云、网、端等新型基础设施,围绕车联网的车、路、网协同的基础设施等。


根据赛迪智库电子信息研究所《“新基建”发展白皮书》,由5G带动的虚拟现实、云端办公、高清视频等行业应用市场规模将快速上升,预计2025年5G全产业链投资将超过5万亿元,为中国抢占全球新一代信息技术制高点奠定坚实的基础。


对于社会整体层面而言,物理层的建设形成了新型基础设施,是建立数字经济基础设施的第一步,同时也是最为基础的根基层建设。


人机交互设备,是人类进入元宇宙的直接介质,包括智能手机、智能眼镜、VR、触觉设备、手势感应装置、脑机接口等,一些新的设备也都在紧锣密鼓地推进中。


智能手机普及率已经达到高峰;VR等新型的设备进一步走向成熟,迎来爆发式的增长期;脑机接口是最具科幻色彩的人机交互界面,尚处在原型验证阶段。


软件层


基于物理层之上的软件层则是加工、处理、分析数据的主体,包括两个子层级,一个是基础软件,另一个是应用软件


基础软件指凡是具备大规模应用,具备行业公共属性的软件系统,包含操作系统、数据库、云计算系统、泛在操作系统等,是在新一代信息技术支撑下围绕数字经济各领域、各节点构建的智慧服务平台或系统,具备全面感知、泛在互联、高效应变、灵活处理的特性。


应用软件指个体或机构可以使用的各种程序设计语言编制的应用程序的集合,既包括即时通信软件(如微信)和具备行业壁垒的应用软件(如计算机辅助设计、计算机辅助工程、产品数据管理),也包括跨越地域、层级、组织、部门的社会协同平台(如工业运行自动控制系统、生态运营平台),比如产业互联网平台面向个人的微信、面向企业的ERP等都属于应用软件范畴。


另一个比较典型的例子是目前中国特别短缺的辅助设计软件、设计芯片的软件、设计飞机的软件等,这与设计的模块数据紧密相关,不仅具有设计功能,还具有仿真运算能力,是很重要的生产力工具


应用软件如同“桥梁”,是连接数字经济基础设施物理层和现实应用场景的关键环节,通过布局应用软件提升数字化能力,将成为提升企业数字化管理能力、提升智能制造过程管控水平、提升政务系统协同治理效率的关键底层支撑。


科技型企业,尤其是制作通用的软件,如之江区块链科技研究院、恒生电子、融都科技、用友、指令集、金山、农信互联、阿里云、钉钉等都是软件层的重要建设者,从应用型企业的角度来讲,越来越多的企业有搭建自己的应用平台的需求,将数据变成公司资产,充分发挥数据的作用,这是一个明显的趋势。


从行业层面来讲,每个行业都会形成产业互联网平台,形成一个生态运营平台,能控制这个运营平台的企业基本上就能控制这个行业。


从宏观社会层面来讲,正所谓“软件定义世界,软件定义一切”,软件无所不能、无所不在,数字化技术支持下的软件的应用对于社会各个领域都将具有重大改进。


数据层


物理层和软件层都会产生数据要素,这里将数据层单独剥离出来,它脱离软件层独立存在。


数字经济新型基础设施数据层包括“数字孪生”、“数联网”以及各类大数据中心,重点解决数据互联互通的问题。


数字孪生是指依据实体对象的物理特性,创造出一个数字化的“克隆体”,其意义在于动态复现实体的历史状态、实时数据和外部环境,能够突破实体在空间和时间上的限制进行高度仿真的实验,未来将重点应用于大型工程的动态设计。


例如,最早美国国家航空航天局使用数字孪生对空间飞行器进行仿真分析、检测和预测,辅助地面管控人员进行决策。Michael Grieves教授和西门子公司主要使用数字孪生进行产品数据的全生命周期管理。


利用数字孪生还可以对产品设计、产品功能、产品性能、加工工艺、维修维护等进行仿真分析。


以欧特克公司为代表的工程建设类软件供应商将数字孪生技术应用于建筑、工厂、基础设施等建设领域,把建筑和基础设施看作产品进行全生命周期的管理。


北京航空航天大学的陶飞等人从车间组成的角度先给出了车间数字孪生的定义,然后提出了车间数字孪生的组成,主要包括:物理车间、虚拟车间、车间服务系统、车间孪生数据


除此之外,数字孪生在智慧城市建设上也起到了至关重要的作用,利用道路全息扫描数据建立与现实交通相对应的数字交通孪生体,将助力城市的精细化管理。


数联网是国家大数据战略总体工程的基础性示范项目,通过数据标识、挖掘、深度学习等算法和技术,发现物理空间中潜在的联系,从而反作用于物理空间、改善物理空间,满足大数据在国家安全、社会治理、经济发展等方面的应用需求。


在数联网里,由于彼此间传输的是标准数据,应用开发模式将发生很大变化,很多个性化大数据应用将出现,不仅为开发者带来利润,也为使用者带来极大的便利。


互联网提供基础平台,数联网提供应用。互联网是基础平台,提供基本的通道功能,而数联网要提供加工好的各种数据,提供标准访问总线,实现传输,便于应用共享。


数据将以数字孪生数联网的形式投入现实应用场景,进一步促进云计算、物联网等相关产业的联动,行业预测到2025年将带动市场规模超过3.5万亿元,成为产业边界拓展与融合的催化剂和推动现代服务业变革升级的助推器


随着区块链技术逐渐发展成为数字经济的核心技术,依托区块链技术推行资产数字化改革势在必行。


区块链凭借公信、公开、透明等优势,成为数字货币的底层技术,给支付行业带来深刻变革。


数字资产交易如火如荼,而数字资产交易中心是实现数字资产交易的底层平台,将以虚拟电子形式存在的各类数据进行统筹管理,其本质上是大量数据信息的汇集与存储。


数字资产交易中心可以利用区块链技术将股权变得“碎片化”,极大降低高科技企业的融资门槛,让大众参与分享高科技企业融资的成果。


与此同时,各类大数据中心汇聚了科研领域、政商民生领域和产业领域的海量垂直数据,解决的是数据的储存问题。


生物基因、科学实验等数据都是重要的生产要素。


根据工信部《全国数据中心应用发展指引》,数据中心机架规模保持33.4%的增速,到2022年将新增220万个机架,预计新增直接投资1.5万亿元。


除了政府层面之外,个人、企业等都有自己的数据中心,这些数据中心保证了数据的存储,并为数据的应用提供原始要素。


数据层在社会层面需要关注数据治理和数据安全问题,原因主要有两点:


一方面,很多互联网公司霸权,独享数据,导致小企业发展受限,如此一来大型互联网公司的权力将越来越大,这就形成了数据黑洞。


怎么样去平衡,使各公司都获得均等使用数据的权利是一个值得讨论的话题。


另一方面,数据集中之后,数据安全问题就很明显,数据不集中时,获取全部数据可能比较困难,只能收集到单一数据;但是数据一旦集中,只要攻破一个点,全部数据都将受到威胁,如何保证数据的安全性也是一个重要问题。


规则层


要想让数据真正落地应用,必须建立一系列的规则,构建完善的监管体系。


从数字市场角度来说,必须针对数字化的交易建立一套新的规则,保证市场有效运行。


从系统论的角度来看,万物之间存在联系,而哪些联系需要加强、哪些联系需要削弱,则需要通过规则的建立来确定。


数字经济基础设施的规则层大体可以分为约束环境与数字监管两大内容。


所谓约束环境指由政府、行业协会、大型企业等制定的法律法规、行业规则、技术标准、规章等一系列从硬到软的制度,为数字经济有序、高效运行提供制度保障环境。


其中一些规则可能会直接影响到某些行业的发展,如微信订阅号规则的变化,可能直接导致以微信为中心的生态的变化。


数字监管则是保证规则充分落地的制度手段,同时也是保证数字市场自由的重要基础。


没有充分的监管则没有自由市场,即使数字监管作为公共服务没有任何经济价值,它也是保障其他人按照规则获得合法、合规经济收益的手段,政府也应该并且必须大力发展数字监管,保证数字市场有序运行。


数字经济时代的规则与以往规则存在明显不同:


首先,实物资源是不可分割、无法共享的,确权相对容易,而数据资源可以无限共享,共享之后自己仍然拥有,边界确权与保护是需要重点考虑的问题。


其次,规则建立的主题也有所不同,计划经济中的规则都是由政府制定的;传统市场中的规则是由行业协会或自治组织制定;而数字市场中很多规则由社区来制定,社区作为一个越来越重要的主体被提出来,也可以成为规则的制定者。


最后,数字市场规则能够有效解决传统市场失灵问题。传统市场的失灵现象,一部分原因是一些市场主体具备了破坏规则的能力,规则被破坏后便无法保证公平,而在数字经济中很多规则可以通过程序实现,即“Code isLaw”。例如,通过“智能合约”在程序中体现一些交易的具体玩法,这些规则是不可修改的,可以有效避免传统市场中不公平现象的发生。


从科技型企业的角度来看,规则层是科技公司、标准组织的领地,而规则层的重点在应用型企业,可以通过它们的数据制定行业新规则,这样就使得行业边界发生了变化,遵守这个规则的其他企业就会成为制定规则的行业的一部分。


例如,比数字人民币,软件制作单位制定了规则,用户只要下载使用数字人民币APP,就相当于遵守了它的规则,就会成为它生态的一部分。


因此,规则将重新定义行业边界,成为新的生态。


应用层


基于上述四个层级的基础铺垫,数字经济基础设施应用层呈现百花齐放的态势,各种移动端应用程序、去中心化应用等将在各个行业、各个领域乃至社会生活的各个角落深刻改变生产生活方式,对经济发展产生深远影响。未来会聚集一批具备示范效应的应用加以推广。


更重要的是,一些基于四个基础层培育出的应用软件,成为新型基础设施的一部分。例如,央行正在试点的DC/EP,从用户使用视角来看,无非在智能手机上安装了数字钱包,在数字钱包中存放DC/EP。


但当数字钱包大范围推广开来的时候,其外部性和公共品服务的性质就凸显出来,从而成为新型基础设施的一部分。


未来又会有很多其他应用,基于数字钱包开发出来。如此循环往复。数字经济的新型基础设施,就在不断循环往复中持续升级。


应用层将以新一代信息技术如区块链、大数据、物联网为突破口,与实体产业深度融合,实现“区块链+”“大数据+”“物联网+”“AI+”的应用落地。


例如,在“AI+金融”的模式下,凭借开放的技术平台、稳定的获客渠道、持续不断的创新活动,金融机构将自身的资源优势与互联网科技公司的技术优势相结合,创造了一种全新的价值链创造模式,不仅提高了客户使用效率与客户对服务的满意度,还颠覆了原有的商业逻辑,促使双方价值资源共享,逐渐形成了“互联网+金融”的行业生态与市场格局。


在此基础上,各技术提供方以基础设施、流量变现、增值服务等环节为中心,形成了差异化的服务能力,构建了多元化的盈利模式,创造了一个新型的蓝海市场,利用长尾效应为行业创造了巨大的价值。


再如,“AI+交通”的无人驾驶技术的未来,“大数据+营销”对于数字营销新格局的重塑等,都是在物理层、软件层、数据层、规则层基础设施上的应用层实例。


在这一层级上,科技型企业将提供各类应用软件,应用型企业则面向业务,满足自身特有的需求,充分发挥数字经济基础设施的强大能量,解决企业的实际业务问题,让基础设施建设真正落地。


从宏观角度上看,应用的种类千变万化,但万变不离其宗。


五层模型的关系


元宇宙基础设施是逐层建设的,随着层级的上升,从硬件到软件越来越抽象,底层为上层建设的基础,上层为底层建设的目标,这样层层搭建起来,最终形成应用层百花齐放的局面。


元宇宙基础设施物理层的建设是基础设施体系形成的基石,是实现元宇宙基础设施建设目标的最底层架构;


软件层的建设是在物理层基础上的系统搭建,软件脱离硬件单独存在,作为独立对象能够有效发挥软件的真正作用,无论是应用软件还是基础软件,都致力于最大限度地发挥物理层基础设施在现实应用场景中的作用;


数据层的建设,是在物理层、软件层的基础上将数据单独剥离出来形成资产,保证数据互联互通,充分发挥价值;


正所谓没有监督的自由不是真正意义上的自由,缺乏监管体系,数据必然乱象丛生,个人隐私、安全等问题将会层出不穷,数据必须制定一系列的监管规则才能使其真正发挥价值,数字经济基础设施规则层的建设目标就在于此。


数字经济基础设施应用层的建设是基于前四个层级的具体应用场景数字化,是企业数字化转型在具体业务层面的展现,同时也是数字市场中不同行业应用的百花齐放。


随着不断发展,一些在应用层的App也可能形成公共属性,转变为基础设施,如微信、抖音、微博等。


在企业数字化转型过程中,观念、认知的转换是首要问题


物理层的搭建对于企业数字化理念的形成、高管认知的转换起到了一定的作用,因为有了这些看得见摸得着的基础设施,企业数字化转型才具备了工具和抓手,也使高管认识到数字化转型不再是空谈,而是一个真正可以进行实践的重要战略。


此外,数据作为一项数字经济时代关键的生产要素,对于企业而言至关重要,高层管理者认识到将数据打通,防止信息孤岛,建立数据资产的重要性,是企业数字化转型的成功关键。


因此,数据层的建设也是改变认知非常关键的一环。


数字化转型的另一个重要问题是如何实现组织变革。


对于企业而言,基础软件的建设有利于提高数字化技术水平,应用软件的建设则进一步从应用维度上改变原有组织固有模式,克服组织惰性,实现组织变革,为数字化转型提供能量。


与此同时,数据对于打破原有金字塔式、科层制组织架构,建立数字经济时代更为适合的扁平化、网络化组织,成为以客户为导向的组织,优化资源配置也具有关键作用。


企业拥有数据,是数字经济时代形成竞争优势的强大动力,也是数字化转型的关键成功要素。


在数字市场中,元宇宙基础设施建设有利于市场与计划的统一。


数据层、规则层的建设有利于实现这一目标。


传统市场中由于数据的缺乏导致市场经济与计划经济存在二元现象,计划与市场完全割裂,而数字市场中由于数据作为基础设施出现,将有助于实现资源合理配置,将基于要素市场总量的调控融入市场经济中,实现计划与市场的统一。


规则层的建立使得政府在利用数据进行调控时数据的真实性有所保障,有效解决了传统市场监管缺位的问题,是实现市场与计划统一必不可少的一环。


元宇宙基础设施的建设可以有效解决传统市场信息不对称的问题。


数据资产的公共品外部属性使得数字市场中信息高度对称,有效解决了传统市场的道德风险问题、不透明造成的供需失衡问题以及认知不足导致的市场失灵问题。


此外,规则层数字监管与约束环境的建立使得监管具备科学性、合理性、可行性,有效助力数字市场实现行为与信用的统一、监管与自由的统一。


在数字市场中,物理层、软件层、数据层基础设施的建设有利于生产与消费的统一。要想实现生产与消费的统一,就需要获取消费者数据,了解消费情况。


物理层智能终端等是获取消费者数据的重要手段,也是后续数据存储、分析,为生产提供决策依据的基础。


如果说物理层建设的作用是获取数据,那么软件层的建设则可以有效存储海量数据,并实现快速调用。


数据库对消费数据进行统一维护,为数据分析产生价值提供保障。


数据也将支持消费和生产决策,通过分析消费数据,合理制定生产方案,有助于实现消费,引导生产,优化资源配置。


最后,数字市场中的交易成本能够维持趋近于零的状态,有赖于物理层、软件层、数据层、规则层基础设施共同发挥作用。


物理层中,5G等基础设施的建设是信息高速、高效、不受空间限制传输的重要保障。

软件层中,生态运营平台的建立也为数据提高透明度与流通度,实现信息对称提供了环境,从而降低数字市场交易成本。

数据层中,数据流在数字市场中具备透明化特征,如数联网的建立使万物互联互通,数据完全打通,避免信息孤岛的产生,避免了产业隔阂,是使数字市场交易成本能够维持在较低水平的关键。


除此之外,规则层也是数字市场降低交易成本的关键一环,公信、公开、透明、去中心化、点对点传输等新型交易手段的特征使信息高度透明、流通效率大大提高,同时也有效解决了信任风险问题,从多个维度上降低了数字市场交易成本。



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