微軟(Microsoft)在日前于布魯塞爾舉辦的IMEC技術(shù)論壇上揭密其HoloLens增強實境(AR)眼鏡及其專用加速器——Holographic Processing Unit (HPU)處理單元。

　　在今年3月下旬，微軟已經(jīng)開始出貨HoloLens的開發(fā)人員版了。這款開發(fā)人員版HoloLens一發(fā)布，網(wǎng)路上隨即充斥著各種拆解分析，但至今卻未見來自這款頭戴式顯示器的設(shè)計者發(fā)表任何評論。

　　「我們已經(jīng)發(fā)表HoloLens約18個月了，通常僅強調(diào)使用體驗與軟體——這是第一次我們打算討論硬體部份，」微軟HoloLens開發(fā)部門副總裁Ilan Spillinger表示。

　　微軟的HoloLens頭戴式顯示器包括4個環(huán)境感測器、Kinect微型深度相機以及慣性量測單元(IMU)。而在其核心部份的HPU基本上是一款數(shù)據(jù)融合感測器，可以從HoloLens上的一連串感測器擷取輸入。同時，它還能加速演算法，以利于追蹤用戶的環(huán)境、運動與手勢，以及顯示全息影像。

　　這款28nm HPU基本上采用高度客制化的DSP陣列設(shè)計，執(zhí)行功耗還不到10W。它包括多顆Tensilica DSP核心，從而為執(zhí)行數(shù)百個HoloLens特定指令集實現(xiàn)最佳化。

　　每個核心都針對一種特定功能與功能子集而客制化。在聽起來像是范紐曼(Von Neumann)的架構(gòu)中，每個核心通常都有其獨特的記憶體單元組織，用于加速「需要特殊本地記憶體與獨特記憶體架構(gòu)的新型演算法，而不是典型的1-2-3級快取，」Spillinger解釋。

　　該HoloLens HPU設(shè)計在一款專為其頭戴式裝置量打造的精簡主板上

　　HoloLens頭戴式裝置采用英特爾(Intel) 14nm Cherry Trail SoC，以及執(zhí)行于Windows 10的嵌入式繪圖核心。在主板的兩側(cè)還搭載64 Gb快閃記憶體與2 Gb外記憶體，平均分布于其HPU與Cherry Trail SoC之間。

　　Spillinger并未透露這款HPU的開發(fā)藍圖，但表示他已經(jīng)「看到一些可執(zhí)行該演算法的新機會」。

　　該HPU也適用于Google上周為其資料中心發(fā)布的新款加速器，以及一家新創(chuàng)公司正開發(fā)中的設(shè)計。

　　Spillinger呼吁半導(dǎo)體工程師盡快為開發(fā)更高性能、更低功耗的晶片做好準(zhǔn)備，從而協(xié)助其打造更輕巧、更低成本且搭載更多感測器與功能的頭載式顯示器。

　　Ilan Spillinger的職業(yè)生涯一開始是先在英特爾開發(fā)Centrino——其首款筆記型電腦專用處理器。接著曾經(jīng)在IBM設(shè)計Infiniband與Power晶片，后來則協(xié)助微軟與任天堂(Nintendo)為Xbox 360與Wii游戲機開發(fā)ASIC晶片。

　　Spillinger在2007年底加入微軟，并開始開發(fā)Kinect。該計劃后來與其他工程師的計劃合并，共同開發(fā)擴增實境頭戴式顯示器，而HoloLens計劃也隨之誕生。

　　復(fù)雜的感測器陣列

　　如上圖中的HoloLens感測器陣列包括4顆環(huán)境感測器，用于追蹤頭部動作以及控制顯示器的手勢。深度感測器是縮小版的Kinect，可支援手勢追蹤約1公尺范圍的短距離模式，以及映射室內(nèi)的長距離模式。200萬畫素(2MPixel)的高解析度視訊相機則用于投射使用者看到的影像。

　　光學(xué)內(nèi)部真相

　　光學(xué)子組件(上圖)包括合專用規(guī)格的慣性測量單元。光學(xué)元件使用由微軟開發(fā)和生產(chǎn)的光柵技術(shù)，支援較寬廣的瞳孔間距離，并可為配戴隱形眼鏡或眼鏡的用戶進行調(diào)整。

　　LCoS顯示器支援230萬畫素與精確度，讓用戶預(yù)測與讀取Web瀏覽器上的精密文字。

　　從原型到成品

　　早期的原型(上圖)采用全尺寸的Kinect深度感測器和各種子組件，最終重新設(shè)計成封裝大量材料成本(BOM;見下圖)的簡潔消費版)。