英偉達?（NVIDIA?）公司的路德維格-馮-雷切（Ludwig von Reiche）揭示了工業元宇宙和先進的數字孿生如何徹底改變制造流程并提高效率。

隨著人工智能不斷占據新聞頭條，人們可能會忘記元宇宙。但是，元宇宙卻生機勃勃，在一個令人驚訝的領域--制造業--迎來了數字化轉型的新時代。

數字孿生旨在幫助解決世界上最棘手的工程、制造和科學問題，是一種能夠加速創新、提高生產力和業務績效的強大工具。為了了解更多信息，本期《技術》雜志采訪了英偉達?（NVIDIA?）有限公司董事總經理路德維格-馮-雷切（Ludwig von Reiche），探討工業元宇宙如何成為幫助企業重塑制造、設計和協作方式的強大工具。

解碼元宇宙及其在數字孿生中的早期應用

簡單地說，元宇宙就是三維互聯網：一個由相互連接的、持久的虛擬世界組成的網絡。根據 von Reiche 的說法，今天的制造商已經在利用元宇宙技術將困難的物理流程數字化，從物理產品的設計和工程到通過數字孿生技術規劃和運營物理工廠和倉庫。

他解釋說："數字孿生的概念已在制造業應用多年，為單個機器和生產線組件的建模提供了便利。然而，數字孿生的范圍和能力已經有了長足的進步。傳統上，數字孿生僅限于復制一臺機器或一個部件，而不能復制整個生產流程。"

正如 von Reiche 所述，迄今為止，真正意義上的數字孿生系統（復制物理世界的所有組成部分以及它們之間的互動方式）還很難實現。"他說："這樣做的好處顯而易見--這些更先進的數字孿生有能力對不同場景進行更精確的模擬，從而幫助用戶做出更好的決策--而且不僅僅是在原始設計中，而是在生產線等的整個運行壽命中。"通過傳感器捕捉到的真實世界數據可以無縫地整合到數字版本中，使數字孿生實時同步。令人興奮的是，數字孿生技術正在發生階躍式的變化，這已成為可能，而且不僅僅適用于大型跨國公司。

利用元數據的優勢

目前，從客戶體驗到工業制造和研究等領域都有一些元世界應用。幾乎每個行業都將從參與和托管虛擬世界中獲益。創造者在虛擬世界中創造的東西將比在物理世界中創造的東西更多。根據 von Reiche 的說法，企業將建立無數個數字孿生。

"通用場景描述標準（USD），又稱 OpenUSD，是工業元世界應用于許多行業的關鍵催化劑。USD最初由皮克斯動畫工作室開發，其影響遠遠超出了電影制作。在工業環境中，USD 是創建機械和設備 3D 復制品的基礎，可實現各種 3D 工具之間的無縫互操作。USD使工程師團隊之間的協作更加輕松，他們現在可以同時編輯和查看相同的資產，這在混合工作時代至關重要。

行動中的Metaverse：現實世界中的應用

雖然USD存在于虛擬世界中，但它在物理世界中為制造商帶來的好處也是顯而易見的。"在英偉達?（NVIDIA?）公司，我們與數百家制造企業合作，見證了工業元數據技術的快速發展，例如我們的英偉達?（NVIDIA?）Omniverse平臺。

Omniverse是英偉達?（NVIDIA?）圖形、加速計算、模擬和人工智能技術25年來的結晶，它使制造企業能夠完全虛擬地規劃和優化價值數十億美元的工廠項目。這意味著他們可以更快地投入生產，更高效地運營，從而縮短產品上市時間，提高數字化水平和可持續發展能力。

寶馬采用數字優先的制造方法，是工業元宇宙變革力量的典范。該集團的生產網絡已準備好從 Omniverse 帶來的數字化轉型機遇中獲益。

von Reiche 說："過去，重新配置生產線會產生大量費用和停產時間。為了解決這個問題，寶馬正在使用 Omniverse 為整個工廠設計端到端的數字孿生系統。數以千計的規劃人員、產品工程師和設備經理可以在單一的虛擬環境中進行協作，在工廠建成或新產品集成到生產線之前設計、規劃、模擬和優化極其復雜的制造系統。"

"OpenUSD及其應用也徹底改變了梅賽德斯-奔馳的制造和裝配設施的運營方式，"他介紹說。"公司采用了'數字優先'的方法，旨在提高生產系統的靈活性和彈性。由于梅賽德斯-奔馳正在其生產基地推出下一代汽車產品組合，因此面臨的挑戰是如何調整世界各地的工廠。從匈牙利、德國和中國的工廠開始，汽車制造商將協調流程減少了 50%，這為技術的全球推廣奠定了基礎。"

對于企業來說，目前正值艱難時期，制造商們正努力應對通貨膨脹、供應鏈中斷、勞動力短缺以及可持續發展承諾等問題，在這種情況下，抵制或至少放慢部署新技術的步伐是很有誘惑力的。

von Reiche 解釋說："但現實情況是，像工業元宇宙這樣的技術在提高效率、競爭力和最終盈利能力方面蘊藏著巨大的潛力。隨著越來越多的設計師和創造者首先在虛擬世界中，然后才在物理世界中構建數字項目和復雜系統，元世界的市場將會不斷擴大。正如網絡所做的那樣，虛擬世界將引發許多新的經濟，其規模將超過我們目前的實體經濟。"

VIDIA（Nvidia Corporation，/?n?v?di?/；中國臺灣與香港繁中名為輝達，中國大陸簡中名為英偉達），創立于1993年1月，是一家以設計和銷售圖形處理器為主的無廠半導體公司。NVIDIA亦會設計游戲機核心，例如Xbox和PlayStation。NVIDIA最出名的產品線是為個人與游戲玩家所設計的GeForce系列，為專業CGI工作站而設計的Quadro系列，以及為服務器和高效運算而設計的Tesla系列，雖然起家于PC電腦的顯卡業務，英偉達也曾涉及移動芯片Tegra的設計，但智能機市場對此響應不大，不過近年卻利用這些研發經驗，目前朝向人工智能和機器視覺的市場發展，也是圖形處理器上重要的開發工具CUDA的發明者。不過NVIDIA的發展過程也是非議不斷，批評多集中于濫用排他性商業合作、不正當營銷方式、對業界開放標準和自由軟件運動的拒斥等。

NVIDIA的總部設在美國加利福尼亞州的圣克拉拉位于硅谷的中心位置。

歷史

NVIDIA創辦人兼首席執行官兼總裁黃仁勛

黃仁勛、克里斯·馬拉科夫斯基和卡蒂斯·普里姆于1993年4月美國加州創辦了NVIDIA（隨后成為特拉華州企業）。NVIDIA保持低調到1997－1998年，當時它發布了RIVA個人電腦繪圖處理器產品線。并于1999年1月在納斯達克掛牌上市；同年5月，售出第一千萬個繪圖處理器。于2000年收購了一代王者3dfx的知識產權。3dfx是1990年代中期其中一間最大的圖形處理器廠商。NVIDIA與許多OEM廠商，和一些組織創建起密切關系，最知名的包括臺積電。2002年2月，NVIDIA售出第一億個繪圖處理器。

目前NVIDIA和AMD供應了市場上大部分獨立顯卡。NVIDIA最著名的GeForce繪圖處理器產品線于1999年首次亮相。現在GeForce產品線已經擴展至桌面型和筆記本電腦。移動設備方面，NVIDIA擁有Tegra產品線。它能提供高性能，同時保持低電源消耗。此類產品通常用于無線通信設備。

2020年4月 27日，NVIDIA宣布已完成對Mellanox Technologies, Ltd.（邁絡思科技有限公司）的收購，成交價70億美元。

2020 年 7 月，有報導稱英偉達正在與軟銀談判以 320 億美元收購英國芯片設計公司安謀。 2020 年 9 月 13 日，英偉達宣布將以 400 億美元的價格從軟銀集團手中收購 Arm Holdings，但須接受通常的審查，后者保留英偉達 10% 的股份。

2021年6月11日，英偉達宣布收購自動駕駛汽車高清地圖開發商 DeepMap, Inc.。

產品制造

作為一家無晶圓IC半導體設計公司，NVIDIA于自己的實驗室研發芯片，但將芯片制造工序分包給晶圓代工廠。以往，NVIDIA從其他廠商，例如IBM、意法半導體、臺積電（NVIDIA目前最重要的代工合作伙伴）和聯華電子獲得硅芯片生產能力。芯片的供應鏈需涉及數間第三廠：制造完畢的晶圓由集成電路封裝廠進行初步測試與封裝作業，之後交由測試廠的測試部門進行深度測試并根據性能分類。依據存貨清單，NVIDIA必須提早數月訂購芯片，并將之存儲起來等待使用。

在最終產品上（指顯卡、主板等），NVIDIA會推出所謂原廠“公版”（Reference）產品（稱為參考樣卡或參考模板）供展示及測試之用，早期產品是由臺灣的微星和斯博科、美國的威竣（VisionTek）和新美亞（Sanmina-SCI）、德國的埃爾莎代工，目前由新加坡的偉創力與臺灣的鴻海（富士康）、華碩和捷波代工或設計。在零售市場上，NVIDIA會把頂級型號的“原廠”公版產品給各個第三方廠商貼牌，如GeForce 7950 GX2、Quadro FX 5600、nForce 680i SLI等等，這些廠商的產品設計用料完全相同，均由一家廠商代工。在OEM市場上，亦有部分“原廠”公版產品存在。2008年后NVIDIA允許了旗艦級產品的“非公版”（Non-Reference）設計，但只有極少數有實力的廠商（如華碩、技嘉、微星、影馳等）會推出自己設計的產品。2010年10月初，NVIDIA曾透過BestBuy少量銷售由富士康代工的NVIDIA品牌“原廠”產品。

主要產品

NVIDIA的產品組合包括繪圖處理器、個人電腦平臺（主板邏輯核心）芯片組和數字媒體播放器的軟件。在Mac/PC用戶社區中，NVIDIA的"GeForce"產品線最為人熟悉。除了獨立型顯卡外，還有微軟的Xbox游戲核心和nForce主板（已停產）的核心技術，NVIDIA最近進入的領域是用于手機和平板電腦的ARM芯片，品牌為Tegra至今已推出5代。

在2004年12月，NVIDIA宣布會協助索尼設計PS3的繪圖處理器（RSX）。NVIDIA只會負責設計，Sony會負責制造該繪圖處理器。根據合約，NVIDIA會使用索尼的芯片廠（索尼和東芝）來制造RSX，并將制程提升至65納米。這與微軟的協議是互相違背的，因為NVIDIA會透過第三者制造Xbox的繪圖處理器。（其間微軟選擇了AMD去提供Xbox 360的繪圖硬件的IP設計。任天堂的GameCube和Wii亦采用ATI的繪圖處理器。）

2008年2月11日，NVIDIA發布了用于手機平臺的APX 2500應用處理器。該處理器集成了一個ARM處理器和一個顯示核心。這款處理器是由NVIDIA和微軟聯合研制，方面應用于使用Windows Mobile的電話中，提高Windows Mobile平臺的多媒體處理能力。芯片的制程是65nm，核心頻率750 MHz，并集成256KB的L2緩存。芯片亦內置GeForce核心，支持OpenGL ES 2.0和Direct3D Mobile標準。APX 2500屬于ARM架構，其低耗電設計，使手提電話可以長時間播放音樂或720p高清晰視頻。

NVIDIA于2008年12月發布了一支持Intel Atom處理器的NVIDIA ION移動平臺，主打輕薄桌面型市場，可以支持DirectX 10的內置顯示芯片性能是原本英特爾官方945GSE芯片組的5倍，讓迷你電腦也有部分游戲能力；它解決了Atom沒有GPU、無法支持高清、無法支持數字顯示、屏幕需小于10英寸、不能支持更高版本的Windows Vista的種種問題。

在2011年1月5日的CES上，NVIDIA宣布將自行設計與研發基于ARM架構的臺式機CPU，產品代號Project Denver（丹佛項目）。其處理器能夠支持微軟下一代桌面系統Windows 8以及行動平臺上的Android、蘋果iOS等。相比之前的Tegra產品，NVIDIA總裁表示這將是一顆高度定制的“ARM兼容CPU”，即獲得ARM指令集授權，但處理器微架構則完全由NVIDIA自行開發，以更高性能面向桌面、服務器甚至高性能計算市場。屆時NVIDIA基于ARM架構的處理器將在市場上與英特爾和AMD等基于X86架構的處理器直接競爭。

在GTC 2020主題演講中，NVIDIA宣布推出Ampere架構，是NVIDIA 8代GPU歷史上最大的一次性能飛躍，包含超過540億個晶體管，是有史以來最大的7納米芯片，性能相較于前代提升了高達20倍，

NVIDIA A100是首款基于NVIDIA Ampere架構的GPU，全新多實例GPU技術可將單個A100分割成最多七個獨立的GPU來處理各種計算任務；第三代NVIDIA NVLink技術能將多個GPU組合成一個巨型GPU；全新結構化稀疏功能將GPU的性能提高一倍。具有TF32的第三代Tensor Core核心 ，其功能經過擴展后加入了專為AI開發的全新TF32，它能在無需更改任何代碼的情況下，使FP32精度下的AI性能提高多達20倍。此外，Tensor Core核心現在支持FP64精度，相比于前代，其為HPC應用所提供的計算力比之前提高了多達2.5倍。

2020年，NVIDIA發布軟件開發包NVIDIA Maxine。