英伟达™（NVIDIA®）公司的路德维格-冯-雷切（Ludwig von Reiche）揭示了工业元宇宙和先进的数字孪生如何彻底改变制造流程并提高效率。

随着人工智能不断占据新闻头条，人们可能会忘记元宇宙。但是，元宇宙却生机勃勃，在一个令人惊讶的领域--制造业--迎来了数字化转型的新时代。

数字孪生旨在帮助解决世界上最棘手的工程、制造和科学问题，是一种能够加速创新、提高生产力和业务绩效的强大工具。为了了解更多信息，本期《技术》杂志采访了英伟达™（NVIDIA®）有限公司董事总经理路德维格-冯-雷切（Ludwig von Reiche），探讨工业元宇宙如何成为帮助企业重塑制造、设计和协作方式的强大工具。

解码元宇宙及其在数字孪生中的早期应用

简单地说，元宇宙就是三维互联网：一个由相互连接的、持久的虚拟世界组成的网络。根据 von Reiche 的说法，今天的制造商已经在利用元宇宙技术将困难的物理流程数字化，从物理产品的设计和工程到通过数字孪生技术规划和运营物理工厂和仓库。

他解释说："数字孪生的概念已在制造业应用多年，为单个机器和生产线组件的建模提供了便利。然而，数字孪生的范围和能力已经有了长足的进步。传统上，数字孪生仅限于复制一台机器或一个部件，而不能复制整个生产流程。"

正如 von Reiche 所述，迄今为止，真正意义上的数字孪生系统（复制物理世界的所有组成部分以及它们之间的互动方式）还很难实现。"他说："这样做的好处显而易见--这些更先进的数字孪生有能力对不同场景进行更精确的模拟，从而帮助用户做出更好的决策--而且不仅仅是在原始设计中，而是在生产线等的整个运行寿命中。"通过传感器捕捉到的真实世界数据可以无缝地整合到数字版本中，使数字孪生实时同步。令人兴奋的是，数字孪生技术正在发生阶跃式的变化，这已成为可能，而且不仅仅适用于大型跨国公司。

利用元数据的优势

目前，从客户体验到工业制造和研究等领域都有一些元世界应用。几乎每个行业都将从参与和托管虚拟世界中获益。创造者在虚拟世界中创造的东西将比在物理世界中创造的东西更多。根据 von Reiche 的说法，企业将建立无数个数字孪生。

"通用场景描述标准（USD），又称 OpenUSD，是工业元世界应用于许多行业的关键催化剂。USD最初由皮克斯动画工作室开发，其影响远远超出了电影制作。在工业环境中，USD 是创建机械和设备 3D 复制品的基础，可实现各种 3D 工具之间的无缝互操作。USD使工程师团队之间的协作更加轻松，他们现在可以同时编辑和查看相同的资产，这在混合工作时代至关重要。

行动中的Metaverse：现实世界中的应用

虽然USD存在于虚拟世界中，但它在物理世界中为制造商带来的好处也是显而易见的。"在英伟达™（NVIDIA®）公司，我们与数百家制造企业合作，见证了工业元数据技术的快速发展，例如我们的英伟达™（NVIDIA®）Omniverse平台。

Omniverse是英伟达™（NVIDIA®）图形、加速计算、模拟和人工智能技术25年来的结晶，它使制造企业能够完全虚拟地规划和优化价值数十亿美元的工厂项目。这意味着他们可以更快地投入生产，更高效地运营，从而缩短产品上市时间，提高数字化水平和可持续发展能力。

宝马采用数字优先的制造方法，是工业元宇宙变革力量的典范。该集团的生产网络已准备好从 Omniverse 带来的数字化转型机遇中获益。

von Reiche 说："过去，重新配置生产线会产生大量费用和停产时间。为了解决这个问题，宝马正在使用 Omniverse 为整个工厂设计端到端的数字孪生系统。数以千计的规划人员、产品工程师和设备经理可以在单一的虚拟环境中进行协作，在工厂建成或新产品集成到生产线之前设计、规划、模拟和优化极其复杂的制造系统。"

"OpenUSD及其应用也彻底改变了梅赛德斯-奔驰的制造和装配设施的运营方式，"他介绍说。"公司采用了'数字优先'的方法，旨在提高生产系统的灵活性和弹性。由于梅赛德斯-奔驰正在其生产基地推出下一代汽车产品组合，因此面临的挑战是如何调整世界各地的工厂。从匈牙利、德国和中国的工厂开始，汽车制造商将协调流程减少了 50%，这为技术的全球推广奠定了基础。"

对于企业来说，目前正值艰难时期，制造商们正努力应对通货膨胀、供应链中断、劳动力短缺以及可持续发展承诺等问题，在这种情况下，抵制或至少放慢部署新技术的步伐是很有诱惑力的。

von Reiche 解释说："但现实情况是，像工业元宇宙这样的技术在提高效率、竞争力和最终盈利能力方面蕴藏着巨大的潜力。随着越来越多的设计师和创造者首先在虚拟世界中，然后才在物理世界中构建数字项目和复杂系统，元世界的市场将会不断扩大。正如网络所做的那样，虚拟世界将引发许多新的经济，其规模将超过我们目前的实体经济。"

VIDIA（Nvidia Corporation，/ɛnˈvɪdiə/；中国台湾与香港繁中名为輝達，中国大陆简中名为英伟达），创立于1993年1月，是一家以设计和销售图形处理器为主的无厂半导体公司。NVIDIA亦会设计游戏机核心，例如Xbox和PlayStation。NVIDIA最出名的产品线是为个人与游戏玩家所设计的GeForce系列，为专业CGI工作站而设计的Quadro系列，以及为服务器和高效运算而设计的Tesla系列，虽然起家于PC电脑的显卡业务，英伟达也曾涉及移动芯片Tegra的设计，但智能机市场对此响应不大，不过近年却利用这些研发经验，目前朝向人工智能和机器视觉的市场发展，也是图形处理器上重要的开发工具CUDA的发明者。不过NVIDIA的发展过程也是非议不断，批评多集中于滥用排他性商业合作、不正当营销方式、对业界开放标准和自由软件运动的拒斥等。

NVIDIA的总部设在美国加利福尼亚州的圣克拉拉位于硅谷的中心位置。

历史

NVIDIA创办人兼首席执行官兼总裁黄仁勋

黄仁勋、克里斯·马拉科夫斯基和卡蒂斯·普里姆于1993年4月美国加州创办了NVIDIA（随后成为特拉华州企业）。NVIDIA保持低调到1997－1998年，当时它发布了RIVA个人电脑绘图处理器产品线。并于1999年1月在纳斯达克挂牌上市；同年5月，售出第一千万个绘图处理器。于2000年收购了一代王者3dfx的知识产权。3dfx是1990年代中期其中一间最大的图形处理器厂商。NVIDIA与许多OEM厂商，和一些组织创建起密切关系，最知名的包括台积电。2002年2月，NVIDIA售出第一亿个绘图处理器。

目前NVIDIA和AMD供应了市场上大部分独立显卡。NVIDIA最著名的GeForce绘图处理器产品线于1999年首次亮相。现在GeForce产品线已经扩展至桌面型和笔记本电脑。移动设备方面，NVIDIA拥有Tegra产品线。它能提供高性能，同时保持低电源消耗。此类产品通常用于无线通信设备。

2020年4月 27日，NVIDIA宣布已完成对Mellanox Technologies, Ltd.（迈络思科技有限公司）的收购，成交价70亿美元。

2020 年 7 月，有报导称英伟达正在与软银谈判以 320 亿美元收购英国芯片设计公司安谋。 2020 年 9 月 13 日，英伟达宣布将以 400 亿美元的价格从软银集团手中收购 Arm Holdings，但须接受通常的审查，后者保留英伟达 10% 的股份。

2021年6月11日，英伟达宣布收购自动驾驶汽车高清地图开发商 DeepMap, Inc.。

产品制造

作为一家无晶圆IC半导体设计公司，NVIDIA于自己的实验室研发芯片，但将芯片制造工序分包给晶圆代工厂。以往，NVIDIA从其他厂商，例如IBM、意法半导体、台积电（NVIDIA目前最重要的代工合作伙伴）和联华电子获得硅芯片生产能力。芯片的供应链需涉及数间第三厂：制造完毕的晶圆由集成电路封装厂进行初步测试与封装作业，之後交由测试厂的测试部门进行深度测试并根据性能分类。依据存货清单，NVIDIA必须提早数月订购芯片，并将之存储起来等待使用。

在最终产品上（指显卡、主板等），NVIDIA会推出所谓原厂“公版”（Reference）产品（称为参考样卡或参考模板）供展示及测试之用，早期产品是由台湾的微星和斯博科、美国的威竣（VisionTek）和新美亚（Sanmina-SCI）、德国的埃尔莎代工，目前由新加坡的伟创力与台湾的鸿海（富士康）、华硕和捷波代工或设计。在零售市场上，NVIDIA会把顶级型号的“原厂”公版产品给各个第三方厂商贴牌，如GeForce 7950 GX2、Quadro FX 5600、nForce 680i SLI等等，这些厂商的产品设计用料完全相同，均由一家厂商代工。在OEM市场上，亦有部分“原厂”公版产品存在。2008年后NVIDIA允许了旗舰级产品的“非公版”（Non-Reference）设计，但只有极少数有实力的厂商（如华硕、技嘉、微星、影驰等）会推出自己设计的产品。2010年10月初，NVIDIA曾透过BestBuy少量销售由富士康代工的NVIDIA品牌“原厂”产品。

主要产品

NVIDIA的产品组合包括绘图处理器、个人电脑平台（主板逻辑核心）芯片组和数字媒体播放器的软件。在Mac/PC用户社区中，NVIDIA的"GeForce"产品线最为人熟悉。除了独立型显卡外，还有微软的Xbox游戏核心和nForce主板（已停产）的核心技术，NVIDIA最近进入的领域是用于手机和平板电脑的ARM芯片，品牌为Tegra至今已推出5代。

在2004年12月，NVIDIA宣布会协助索尼设计PS3的绘图处理器（RSX）。NVIDIA只会负责设计，Sony会负责制造该绘图处理器。根据合约，NVIDIA会使用索尼的芯片厂（索尼和东芝）来制造RSX，并将制程提升至65纳米。这与微软的协议是互相违背的，因为NVIDIA会透过第三者制造Xbox的绘图处理器。（其间微软选择了AMD去提供Xbox 360的绘图硬件的IP设计。任天堂的GameCube和Wii亦采用ATI的绘图处理器。）

2008年2月11日，NVIDIA发布了用于手机平台的APX 2500应用处理器。该处理器集成了一个ARM处理器和一个显示核心。这款处理器是由NVIDIA和微软联合研制，方面应用于使用Windows Mobile的电话中，提高Windows Mobile平台的多媒体处理能力。芯片的制程是65nm，核心频率750 MHz，并集成256KB的L2缓存。芯片亦内置GeForce核心，支持OpenGL ES 2.0和Direct3D Mobile标准。APX 2500属于ARM架构，其低耗电设计，使手提电话可以长时间播放音乐或720p高清晰视频。

NVIDIA于2008年12月发布了一支持Intel Atom处理器的NVIDIA ION移动平台，主打轻薄桌面型市场，可以支持DirectX 10的内置显示芯片性能是原本英特尔官方945GSE芯片组的5倍，让迷你电脑也有部分游戏能力；它解决了Atom没有GPU、无法支持高清、无法支持数字显示、屏幕需小于10英寸、不能支持更高版本的Windows Vista的种种问题。

在2011年1月5日的CES上，NVIDIA宣布将自行设计与研发基于ARM架构的台式机CPU，产品代号Project Denver（丹佛项目）。其处理器能够支持微软下一代桌面系统Windows 8以及行动平台上的Android、苹果iOS等。相比之前的Tegra产品，NVIDIA总裁表示这将是一颗高度定制的“ARM兼容CPU”，即获得ARM指令集授权，但处理器微架构则完全由NVIDIA自行开发，以更高性能面向桌面、服务器甚至高性能计算市场。届时NVIDIA基于ARM架构的处理器将在市场上与英特尔和AMD等基于X86架构的处理器直接竞争。

在GTC 2020主题演讲中，NVIDIA宣布推出Ampere架构，是NVIDIA 8代GPU历史上最大的一次性能飞跃，包含超过540亿个晶体管，是有史以来最大的7纳米芯片，性能相较于前代提升了高达20倍，

NVIDIA A100是首款基于NVIDIA Ampere架构的GPU，全新多实例GPU技术可将单个A100分割成最多七个独立的GPU来处理各种计算任务；第三代NVIDIA NVLink技术能将多个GPU组合成一个巨型GPU；全新结构化稀疏功能将GPU的性能提高一倍。具有TF32的第三代Tensor Core核心 ，其功能经过扩展后加入了专为AI开发的全新TF32，它能在无需更改任何代码的情况下，使FP32精度下的AI性能提高多达20倍。此外，Tensor Core核心现在支持FP64精度，相比于前代，其为HPC应用所提供的计算力比之前提高了多达2.5倍。

2020年，NVIDIA发布软件开发包NVIDIA Maxine。