我國元宇宙產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展對策研究

張雅妮 李志杰

一、引言

元宇宙正推動社會經(jīng)濟范式由“信息與通信技術(shù)（ICT）+信息物理系統(tǒng)（CPS）”為特征的工業(yè)自動化時代，向“智能互聯(lián)技術(shù)（Web3.0）+社會物理信息系統(tǒng)（CPSS）”為特征的知識自動化時代發(fā)展，并終將創(chuàng)造形成虛實共生的新型社會形態(tài)。世界各主要國家以及全球科技巨頭競相布局元宇宙發(fā)展路徑，美國、歐盟、日本等國家和地區(qū)明確提出將元宇宙視為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)。我國高度重視元宇宙發(fā)展，“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要將人工智能、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實作為重點產(chǎn)業(yè)予以支持。工信部等五部門印發(fā)《元宇宙產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展三年行動計劃（2023-2025年）》，提出以構(gòu)建工業(yè)元宇宙、賦能制造業(yè)為主要目標(biāo)，推動元宇宙產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

二、元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

（一）元宇宙關(guān)鍵核心技術(shù)加速融合創(chuàng)新

元宇宙是云計算、虛擬現(xiàn)實、人工智能等新一代信息技術(shù)的集大成者。元宇宙的構(gòu)建包括感知、計算、重構(gòu)、協(xié)同、交互等方面：智能傳感技術(shù)為構(gòu)建與真實物理世界一致的虛擬世界提供數(shù)據(jù)支撐；基于5G、云計算、邊緣計算等技術(shù)打造的云—網(wǎng)—端協(xié)同的算力網(wǎng)絡(luò)將為元宇宙提供計算資源；數(shù)字孿生、三維渲染用于重構(gòu)一個與現(xiàn)實世界一致的虛擬世界；高速通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)確保“元宇宙”的穩(wěn)定、安全、高效運行；沉浸顯示、多通道交互、腦機接口等自然交互技術(shù)為用戶提供高真實感互動體驗。

（二）元宇宙應(yīng)用場景加速從文化娛樂向工業(yè)制造拓展

“元宇宙”應(yīng)用場景正從社交、娛樂、文化加快向工業(yè)制造延伸拓展，并將在工業(yè)制造領(lǐng)域創(chuàng)造巨大的價值。根據(jù)TrendForce預(yù)測，2025年，在工業(yè)元宇宙的推動下，全球智能制造市場規(guī)模將達(dá)到5400億美元。汽車制造業(yè)已成為除了游戲和影視之外虛擬引擎應(yīng)用最多的行業(yè)，如游戲引擎企業(yè)Unity開發(fā)的人機接口嵌入式開發(fā)工具，為寶馬、奔馳、蔚來等車企提供全壽命周期的人機接口渲染引擎服務(wù)。

（三）元宇宙將推動數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施全方位升級

首先，通信網(wǎng)絡(luò)向泛在化、一體化升級。在元宇宙空間，通信網(wǎng)絡(luò)將向Web3.0升級，網(wǎng)絡(luò)的全面協(xié)同云互聯(lián)將實現(xiàn) “人機物網(wǎng)”的廣泛融合，虛擬世界和物理世界之間將實現(xiàn)信息、數(shù)據(jù)、價值的快速交互和流通。同時，算力底座向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、協(xié)同化、綠色化發(fā)展。元宇宙的海量數(shù)據(jù)分析需求，推動以CPU為核心的傳統(tǒng)計算中心向以GPU/NPU為主的智能計算中心以及數(shù)網(wǎng)協(xié)同、數(shù)云協(xié)同、云邊協(xié)同、綠色智能的多層次算力升級。如AR/VR對帶寬、延遲、多模態(tài)交互提出更高要求，算力網(wǎng)絡(luò)能夠以網(wǎng)絡(luò)為接入，直接調(diào)度算力資源，提供云端渲染，實現(xiàn)低時延的高清視頻服務(wù)。

（四）元宇宙產(chǎn)業(yè)核心層加快 “終端+數(shù)據(jù)+平臺+應(yīng)用服務(wù)”一體化發(fā)展

元宇宙產(chǎn)業(yè)鏈核心層著力于元宇宙終端入口、時空生成、內(nèi)容運營和平臺分發(fā)，是領(lǐng)軍企業(yè)的主陣地，主要涉及智能傳感器、AR/VR、芯片等終端產(chǎn)品，3D建模、開發(fā)引擎、實時渲染等時空生成軟件，以及腦機接口、語音交互、動作捕捉等交互體驗，此外，承載各行業(yè)應(yīng)用的行業(yè)平臺必不可缺。元宇宙核心層的發(fā)展呈現(xiàn)出“終端+數(shù)據(jù)+平臺+應(yīng)用服務(wù)” 加快一體化的趨勢，Meta、Unity、微軟等行業(yè)龍頭企業(yè)由“單一產(chǎn)品研發(fā)”轉(zhuǎn)為“生態(tài)體系擴張”，在核心層全面布局。如蘋果公司推出首款MR頭顯設(shè)備并研發(fā)頭戴式設(shè)備操作系統(tǒng)“xrOS”，已在智能終端、行業(yè)平臺和娛樂內(nèi)容服務(wù)方面全面布局。

三、我國元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展有待解決的四大問題

（一）底層“根技術(shù)”領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力急需加強

新型顯示、時空生成等底層技術(shù)“受制于人”的局面未得到根本性轉(zhuǎn)變，尚需加強關(guān)鍵核心技術(shù)的攻關(guān)。在新型顯示領(lǐng)域，顯示材料、設(shè)備等上游環(huán)節(jié)嚴(yán)重依賴國外，玻璃基板、偏光片、光掩膜版、光刻膠等主要材料國產(chǎn)化率較低，曝光機、蒸鍍機、激光退火/剝離設(shè)備等核心面板生產(chǎn)線設(shè)備及其上游關(guān)鍵零部件均被國外企業(yè)壟斷。在時空生成領(lǐng)域，3D建模、開發(fā)引擎、實時渲染等工具軟件主要依賴國外，國內(nèi)大量使用3DS MAX、Maya、ZBrush、Blender等國外軟件。

（二）產(chǎn)業(yè)鏈上下游緊密協(xié)同的產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未形成

作為數(shù)字產(chǎn)業(yè)的代表，元宇宙產(chǎn)業(yè)對開放融合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)要求很高，元宇宙領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)交叉融合、產(chǎn)業(yè)鏈核心層一體化發(fā)展，都需要有開放融通的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。在實地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)企業(yè)“單兵作戰(zhàn)”現(xiàn)象普遍，上下游企業(yè)間缺乏緊密對接合作。在國際龍頭企業(yè)加快從“單一產(chǎn)品研發(fā)”轉(zhuǎn)為“生態(tài)體系擴張”，在核心層全面布局以擴張行業(yè)生態(tài)圈的趨勢之下，著力構(gòu)建融合協(xié)同的產(chǎn)業(yè)生態(tài)成為國內(nèi)行業(yè)迫切需求。

（三）數(shù)據(jù)要素充分市場化流通的環(huán)境亟待加快建設(shè)

數(shù)據(jù)是構(gòu)建元宇宙空間、發(fā)展元宇宙產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，調(diào)研了解到，國內(nèi)數(shù)字孿生、生成式人工智能等領(lǐng)域的企業(yè)普遍缺少高質(zhì)量數(shù)據(jù)。此外，數(shù)據(jù)作為數(shù)字經(jīng)濟時代的關(guān)鍵生產(chǎn)要素，與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的土地、勞動力，工業(yè)經(jīng)濟的技術(shù)、資本等生產(chǎn)要素類似，需要流通才能發(fā)揮更大價值。而目前國內(nèi)數(shù)據(jù)交易機構(gòu)的運營機制還處于初步摸索階段，尚未形成成熟的市場化運營模式。

（四）元宇宙時代“新石油”智能算力嚴(yán)重依賴國外

生成式人工智能近年來的飛速升級躍遷導(dǎo)致對算力需求爆發(fā)，Meta、特斯拉等國際科技巨頭加緊建設(shè)智能算力資源，全球大型GPU集群數(shù)量大幅增加。如特斯拉于2023年建設(shè)了一個由1萬顆英偉達(dá)H100GPU芯片集群組成的算力中心。英偉達(dá)、AMD等公司研發(fā)GPU技術(shù)與產(chǎn)品已近30年，國內(nèi)GPU研制起步較晚，2014年才推出第一代國產(chǎn)GPU，由于技術(shù)積累時間短且基礎(chǔ)技術(shù)薄弱，導(dǎo)致國產(chǎn)GPU芯片性能與英偉達(dá)產(chǎn)品差距較大。國內(nèi)各地在建的智能算力大量使用性能更優(yōu)的國外GPU，其中約有90%使用的是英偉達(dá)芯片。

四、我國創(chuàng)新發(fā)展元宇宙產(chǎn)業(yè)的對策建議

超前布局領(lǐng)先的元宇宙關(guān)鍵核心技術(shù)。聚焦突破高端芯片、前沿顯示、加密算法、腦機科學(xué)、多模態(tài)大模型等關(guān)鍵核心技術(shù)，鼓勵高校、科研院所與企業(yè)聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，推出一批國際一流的首創(chuàng)技術(shù)、首制產(chǎn)品。針對3D建模、實時渲染、仿真模擬等“卡脖子”基礎(chǔ)軟件技術(shù)，支持企業(yè)等機構(gòu)建設(shè)元宇宙基礎(chǔ)軟件開放性開發(fā)者平臺，加快技術(shù)創(chuàng)新進程、提升基礎(chǔ)軟件開放共享服務(wù)能力。

打造產(chǎn)業(yè)鏈上下游緊密協(xié)同的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。加強優(yōu)質(zhì)企業(yè)梯度培育，培育一批技術(shù)創(chuàng)新和資源整合能力強的鏈主企業(yè)。聚焦關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)字工具和集成應(yīng)用等領(lǐng)域，培育一批專精特新“小巨人”企業(yè)。引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同、跨產(chǎn)業(yè)鏈資源整合，構(gòu)建開放融合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)從“單兵作戰(zhàn)”模式向“生態(tài)體系擴張”模式的轉(zhuǎn)變。

大力培育數(shù)據(jù)要素市場化流通的生態(tài)。建立高質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，加強數(shù)據(jù)供給。建設(shè)行業(yè)數(shù)據(jù)空間和行業(yè)數(shù)據(jù)流通服務(wù)平臺，形成市場需求大、應(yīng)用效果好的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。深入推進元宇宙在工業(yè)制造、政務(wù)服務(wù)、城市治理、消費民生等領(lǐng)域融合應(yīng)用。支持地方建設(shè)數(shù)據(jù)流通先行試點，積極培育數(shù)源商、數(shù)據(jù)開發(fā)商、數(shù)據(jù)服務(wù)商等多元主體，建設(shè)一批數(shù)據(jù)訓(xùn)練基地，營造創(chuàng)新活躍的數(shù)據(jù)要素市場環(huán)境。

對接國家“東數(shù)西算”戰(zhàn)略，組建智能算力生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)化各區(qū)域之間的高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，推動構(gòu)建多層聯(lián)動的算力網(wǎng)絡(luò)體系。開放公共算力平臺，為高校、科研機構(gòu)和企業(yè)等提供公共算力資源。支持各方機構(gòu)聯(lián)合組建國產(chǎn)算力生態(tài)聯(lián)盟，推動國產(chǎn)智能芯片在各類算力平臺適配應(yīng)用。建立國產(chǎn)算力試點應(yīng)用示范項目，支持應(yīng)用國產(chǎn)芯片，提升元宇宙產(chǎn)業(yè)自主能力。

作者單位：中國電子學(xué)會