扫码加小编微信，加入行业交流群！添加注明“AIOS”或“产业元宇宙”
————CDMPI————
文章来源《元宇宙与碳中和》
高能世界就是“高能量的世界”，能量是元宇宙的“洪荒之力”，电力、算力、《黑客帝国》的人体电池、潘多拉星球的灵魂树和珍稀矿石头等，其本质上都是能量。
首先我们来看一组数据：
2019年，台积电全球耗电量为143.3亿度，相当于深圳市1344万常住居民一年的用电量；
2020年，中国数据中心耗电量突破2000亿度，是三峡大坝和葛洲坝电厂发电量总和（约1000亿千瓦时）的2倍。
芯片、数据中心这些耗电大户恰好都是元宇宙不可或缺的基础设施。
仅就芯片而言，云计算、AI、交互技术这些元宇宙中各项底层技术应用的基础硬件都是芯片，具体包括中心侧的网络芯片、高性能通用GPU、端侧的新架构芯片，以及支撑新一代显示技术、人工智能物联网（AIoT）应用的芯片，这必将导致芯片市场需求爆发。
此外，随着元宇宙场景越来越多元化，需要处理的数据量越发庞大，芯片的价值会更加明显，除了单一芯片的不断进化外，融合各类芯片能力的生态体系也将会加快构建。
元宇宙对芯片产业的刺激作用，还可以从“芯片巨头们”的最新动作上可见一斑。
在2022年国际消费类电子产品展览会（CES 2022）上，美国超威半导体公司（AMD）、英伟达、英特尔都针对游戏场景——元宇宙最有可能的切入口，发布了高性能处理器和显卡，例如，英伟达发布四款最新显卡的同时，还宣布正式向个人创作者提供免费版Omniverse，该平台定位为“工程师的元宇宙”，可以帮助游戏创作者、设计师、研究人员等轻松设计虚拟游戏、搭建3D场景等。
AMD推出的锐龙75800X3D处理器，可以带来15～40%的游戏性能提升，号称是“全球最快游戏处理器”。
英特尔则在数十款最新游戏中，进行了竞品的对比测试，其表示自家的移动端芯片，相较市面上的AMD旗舰处理器，均表现出了更高的帧数。
在芯片之外，元宇宙的稳定运行还依赖庞大的数据运算及存储，对互联网数据中心（IDC）的需求十分强劲。
各大云计算厂商的资本开支，是衡量互联网数据中心需求的重要先行指标。
Meta 2021年三季报指出，公司2021年在元宇宙的投入资本支出为190亿美元，预计2022年将大幅增加资本开支至290～340亿美元，用于支持元宇宙转型下的AI与机器学习支出。
其他三家北美云计算厂商——亚马逊、微软、谷歌，也不约而同地宣布扩大云计算业务，就2021年第三季度业绩来看，亚马逊科技（AWS）营收同比增长39%，谷歌云（Google Cloud）营收同比增长45%，微软云（Microsoft Azure）营收同比增长50%。
从各大科技巨头云计算业务的高速增长不难看出，元宇宙正在产生海量数据运算需求，并且将带动数据中心需求。
根据Valuates Reports预测，到2025年全球数据中心网络市场规模将达341.02亿美元，2019～2025年的复合年均增长率（CAGR）为12.99%。
由此不难看出，没有电力作为支撑，元宇宙就不可能被创造出来。
同时，元宇宙还是一个不断运行的社会体系，电子人、数字人、虚拟人作为人类的虚拟化身，其进入元宇宙，并在元宇宙中工作生活，都离不开电力。
例如，现阶段人们普遍认为VR/AR会是元宇宙的“入口”，毫无疑问，使用这些硬件设备的第一步，就是装上电池或插上电源，而尽量降低VR/AR设备的功耗，使其续航能力更强，则是目前产业界共同努力的方向，毕竟没有人希望在元宇宙中“游玩三分钟，充电半小时”。
还有很大一部分人认为，“脑机接口”是人类进入元宇宙的终极形式，类似于《黑客帝国》中主人公进入“矩阵”的方式，电影中这一方式成立的基础在于，“矩阵”的底层拥有源源不断的人类电池作为能量。
在《黑客帝国》的世界里，人类是能量，在今天的人类世界中，“电力”及背后的煤炭、石油等不可再生能源，以及水能、风能、太阳能等可再生能源就是能量。
人类进入元宇宙后，会依靠虚拟化身在元宇宙中活动，与人类在现实世界中活动类似，虚拟化身无时无刻不在消耗资源。
区别在于，前者消耗的资源以“有形商品”为主，而后者消耗的是“0和1”构成的数字资源。
当人类在现实世界中留下“碳足迹”时，虚拟化身也通过消耗数字资源，进而消耗能量，间接排放了碳。
另外，支撑元宇宙运行的每一个设备几乎都需要电力支持，要维持元宇宙长期运作，充足稳定的电力供应必不可少。
总之，人类“创造元宇宙——进入元宇宙——参与元宇宙运行”的全部过程，都离不开电力支撑，这意味着现实世界的能源结构直接决定了元宇宙的能源结构，实现碳中和的根本途径是能源结构从化石能源走向以光能、风能等清洁能源为代表的非化石能源，元宇宙作为“高能世界”必然需要依靠碳中和带来的更加可持续的能源结构。
根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生也不会凭空消失，它只会从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化为另一种形式，而在转移或转化的过程中，能量总量保持不变。
能量在现实世界中的常见形式是“电力”，在元宇宙中的常见形式便是“算力”，今天人类通过数字孪生、AI、大数据等技术手段，将现实世界和意识形态“映射”到元宇宙的过程，本质上都是“电力”转化成“算力”的过程。
根据不完全统计，2020年全球发电量中，有5%左右用于计算能力消耗，而这一数字到2030年将有可能提高到15%到25%。被外界认为是全球最早全面介绍元宇宙的“专业人士”——马修·鲍尔（Matthew Ball），在其撰写的Metaverse（元宇宙）系列读本中，将算力定义为“支持Metaverse的计算能力，支持物理计算、渲染、数据一致性和多端同步、人工智能、投影、运动捕捉和语言翻译等多样且高性能的需求”。
顺着Matthew Ball的定义，我们不妨来梳理下元宇宙需要的具体算力有哪些。
首先，三维立体、超写实数字人等均是元宇宙的必选项，将带来海量三维建模、图形渲染需求。
大部分3D模型都是通过多边形建模创建的，即通过大量的顶点围成成千上万的三角面，从而表现形状，顶点数量越多，意味着计算量越大，需要的算力也就越大。
在处理完顶点之后，还要经过图元处理（连接顶点成为多边形）、栅格化处理（将多边形转换成像素点）、片段处理（给像素点上色）、像素操作（调整像素信息以达到显示效果）等步骤完成实时渲染，进而可以达到以假乱真的视觉效果。
其次，人工智能技术在元宇宙中的广泛应用，同样需要海量算力。人工智能将成为元宇宙重要的内容生产力，即人工智能生成内容（AI-Generated Content，AIGC），在元宇宙中，人人都是创作者，AI技术自动生成或辅助生成环境、物体、脚本等内容，既降低了内容创作门槛，又能以批量化、规模化的自动生产取代重复的机械化操作。
人们常见的“AI换脸”就是AI生成内容的一种，虚拟数字人中的算法驱动型数字人，需要观察人类用户的行为、语音、意图等自行调整行为，这种能力的背后，都离不开AI的加持和算力资源的支持。
人工智能还将持续帮助人类找到元宇宙中的bug，不断优化迭代。
在电影《失控玩家》中，主角作为普通游戏中的NPC，其初始代码中加入了AI引擎，由此获得了“自由意志”，不用按照游戏设置的日程一成不变地执行任务，而是可以像人类玩家一样在游戏中打怪、赚钱，成为“失控玩家”。
这一角色设定的背后，其实就是AI神经网络学习等技术所带来的自动智能，不难想象，在元宇宙的代码测试、bug修复等工作中，人工智能远比人类合适。
一方面，算力支撑着元宇宙虚拟内容的创作与体验，更加真实的建模与交互需要更强的算力作为前提；
另一方面，人工智能技术在元宇宙的广泛应用导致元宇宙对于算力的消耗呈指数式增长，大规模用户的持续在线和创作需要近乎无尽的算力作为支撑。
初步估计，元宇宙对算力的需求会达到天文数字量级。
英特尔高级副总裁兼加速计算系统和图形部门负责人Raja Koduri曾表示，要满足元宇宙的算力需求，目前的集体计算能力需要提高1000倍。
谷歌AI负责人杰夫·迪恩（Jeff Dean）曾预言，我们真正需要的是超过现在100万倍的计算能力，而不仅仅是几十倍的增长。
IDC则预测，到2030年，元宇宙总算力（包括AI、VR/AR、物联网、区块链等）需求将是当前规模的百倍之上，甚至更高。
然而，从计算产业发展史来看，算力一直处于极度短缺状态。2012年，谷歌大脑为了从1000万张图片中识别出一只猫，整整动用了1000台电脑、16000个CPU。
直到2015年前后，移动终端才能以较低成本和较充足的算力，支撑一场约100名玩家实时在线的游戏，由此，传统单机游戏逐渐被大众熟知的“吃鸡”类手游所取代。
2018年PC版的《堡垒之夜》实时在线人数突破345万，成为行业里程碑式事件，但次年Epic Games CEO Tim Sweeney在公开采访中表示，《堡垒之夜》是由十万个小的百人session（在计算机中，尤其是在网络应用中，称为“会话控制”）组成的，由于技术限制，不能把他们放在同一个世界中。据Stem DB统计，2020年2月2日Steam同时在线人数超过1880万人，是截至目前同时在线人数最高的产品。
元宇宙的终极形态应当具备让全球公民随时进入的条件，在线人数必然会突破亿级，以目前的技术水平来看，根本不可能实现。公开数据显示，2012～2019年，人类对算力的需求增长了30万倍，平均每100天就会翻倍，远超摩尔定律。
算力供给的实际增长却十分有限，需求和供给之间形成了巨大的鸿沟。
2012～2019年算力需求
不难看出，元宇宙正受限于算力的供给和发展（即使C端用户察觉不到）。
算力不足那就补充算力，但是这意味着巨大的成本和能耗压力。
智能计算中心是填补供给和需求“鸿沟”的重要方式，其一般定义是“融合架构计算系统为平台，以数据为资源，能够以强大算力驱动AI模型对数据进行深度加工，源源不断产生各种智慧计算服务，并通过网络以云服务形式供应给组织及个人”。
在成本方面，智能计算中心的建设成本主要包括三方面：
第一，基础设施的厂房建设成本。
第二，服务器、芯片等硬件成本。
第三，后期运维成本。
部分市场人士表示，智能计算中心的投资规模为1亿～2亿元起步。从目前国内各地智能计算中心的建设成本来看，单位100PFlops（每10亿亿次浮点运算）16位精度算力投入，最高达4.6亿元，最低为7500万。
动辄上亿的建设成本，让产业界望而却步，将严重影响算力的广泛应用。
中科院人工智能产学研创新联盟为新一代智算平台给出了算力价格标准方案：在同时具备5P双精度算力（64位）、25P单精度算力（32位）和100P半精度算力（16位）的情况下，智能计算中心的基础设施价格为1亿～1.5亿。
目前产业界基本认同，在这一价格标准下，算力有望走向大规模通用。
除了降低成本，还必须考虑降低算力能耗。
依靠算力优势，AlphaGo下棋打败了人类，但如果考虑能耗，AlphaGo“性价比”其实非常低。
在人机对弈中，人类只用了20瓦的大脑能耗，AlphaGo却用了2万瓦，这意味着如果更多脑力劳动被机器取代，芯片散发的热量会让地球变得滚烫。
据预测，到2035年，中国数据中心和5G总用电量约是2020年的2.5～3倍，将达6951亿～7820亿千瓦时，将占中国全社会用电量5%～7%。
总之，人类现阶段的能源供给还难以支持元宇宙需要的天文数字的算力，何况目前全球的能源供给已经到了紧张的边缘，包括中国、美国在内的大部分主权国家都出现了煤炭荒、石油荒、天然气荒等能源危机。
因此，要满足元宇宙的算力需求，除了优化能源结构，还必须提高电力转化为算力的效率，即“单位能量能处理更多的数据”。