2017 m. "Reality Labs" vyriausiasis mokslininkas Michael Abrashremiama "Meta" įkūrėjo ir generalinio direktoriaus Marko Zuckerbergo, įsteigė naują, slaptą komandą tuometinėje "Oculus Research", kuri turėjo sukurti naujos kompiuterių platformos pagrindą. Jų laukė herakliška užduotis: Sukurti specialų silicio sprendimą, kuris galėtų patenkinti unikalius ateities platformos poreikius. papildytosios realybės akiniai-techninis pasiekimas, dėl kurio reikėjo iš naujo sukurti kiekvieną komponentą, kad būtų galima dėvėti visą dieną AR akiniai formos veiksnys, kurio paprasčiausiai dar nebuvo.

"Orion AR" akinių prototipo priekinis kampas.
Kompaktiškas formatas, daug vietos problemoms spręsti
Nuo kelių tyrėjų iki šimtų žmonių, dirbančių su produktais, išaugusi užsakomojo silicio komanda buvo sukurta remiantis prielaida, kad AR akiniai negali remtis siliciu, esančiu šiuolaikiniuose išmaniuosiuose telefonuose. Šią prielaidą patvirtina kelios pagal užsakymą pagamintos mikroschemos. Orionmūsų pirmasis tikras AR akinių prototipas.
"Statome laivą, kai jis išplaukia iš uosto, - būtent tai ir darėme", - sako pažangiųjų technologijų strategijos direktorius Jeremy Snodgrassas. "Turėjome padidinti kuklią komandą ir tuo pat metu kurti šiuos lustus. Buvo įdomu stebėti, kaip vadovybė priima naujus darbuotojus ir kartu kuria kultūrą, kurioje vertinamas veržlumas. Niekas nebuvo kieno nors kito problema. Imdavai irklą ir pradėdavai irkluoti, net jei tai nebuvo būtent tai, kam buvai pasamdytas. Tai buvo labai, labai įdomus laikas."
"Beveik viskas, kas susiję su "Orion", daugeliu atžvilgių buvo nauja, - pritaria "Display Architecture" technikos direktorius Mike'as Yee. "Kai kurios idėjos jau buvo žinomos, bet niekas nebuvo ėmęsis mokslinių tyrimų projekto, kad iš tikrųjų sukurtų visą dieną nešiojamus AR akinius."
Komanda turėjo sukurti įtikinamą AR patirtį sunaudodama kuo mažiau energijos. Akinių formos faktorius gali išsklaidyti tik tiek šilumos, o baterija gali talpinti tik tiek, kiek reikia. Dėl to patirtis, kurią galima suteikti akiniais, visiškai priklauso nuo silicio. Kitaip tariant, jei šilumos ir akumuliatoriaus talpa yra pastovi, vienintelis būdas suteikti tam tikrą patirtį yra optimizuoti silicį.
"Kurdama naują "Orion" architektūrą, komanda turėjo ne tik intensyviai plėtoti esamas technologijas, pavyzdžiui, belaidį ryšį ir ekranus, bet ir rizikuoti naujomis technologijomis", - sako produktų valdymo direktorius Neeraj Choubey. "Pavyzdžiui, komanda sukūrė mašininio mokymosi (ML) greitintuvą, tuo metu neturėdama aiškaus panaudojimo atvejo, nes buvo tvirtai įsitikinusi, kad ML taps vis svarbesnis "Meta" produktuose. Kompanijoje "Orion" kiekvienas ML akceleratorius yra naudojamas, o kai kuriais atvejais jie yra pertekliniai, nes atlieka tokias funkcijas kaip akių stebėjimas ir rankų stebėjimas. Panašiai komanda sukūrė pasirinktinius glaudinimo protokolus, kad sumažintų pralaidumą ir energijos suvartojimą, kai duomenys judėjo iš apskaičiuoti puck į ekraną. Kuriant individualų silicį, kad būtų pasiekti "Orion" formos faktoriaus tikslai, reikėjo ir tolerancijos dideliam neapibrėžtumui, ir kruopštaus dėmesio detalėms, kad būtų sukurta neįtikėtinai sudėtinga sistemos architektūra."
"Didžiausias iššūkis, su kuriuo susidūrėme, buvo pateikti 3D pasaulio užrakintą atvaizduotą grafiką ir erdvinį garsą, kuris atvaizduojamas taip, kad atrodo, jog sklinda iš virtualaus objekto", - pažymi Snodgrassas. "Turėjome sutalpinti visą šią elektroniką į šiluminę talpą ir fizinę erdvę, o tada paleisti ją nuo akumuliatoriaus, kad ji per daug neįkaistų. Be to, visa tai turėjome atlikti tikruose akiniuose, o ne dideliame veide, kokį paprastai matome šioje kategorijoje."
"Žinojome, kaip užtikrinti reikiamą skaičiavimo galią, kad galėtume įgyvendinti "Orion" viziją, tačiau susidūrėme su nelengva užduotimi: sumažinti energijos suvartojimą 100 kartų", - sako SoC sprendimų direktorius Robertas Sheareris. "Tam reikėjo išplėsti silicio projektavimo ribas, taikyti metodikas iš įvairių pramonės sričių - nuo daiktų interneto iki didelio našumo skaičiavimų - ir išrasti naujų metodų, kaip užpildyti spragas. Mūsų pramonės partneriai manė, kad esame pamišę, ir galbūt jie ne visai klydo. Tačiau būtent to ir reikėjo: noro mesti iššūkį tradicinei išminčiai ir viską permąstyti iš naujo. Sukurti kompiuterį, kuris sklandžiai sujungtų virtualų ir fizinį pasaulius, reikia gilaus konteksto supratimo, gerokai pranokstančio tai, ką gali pasiūlyti esamos skaičiavimo platformos. Iš esmės iš naujo išradome, kaip kompiuteriai sąveikauja su žmonėmis, o tai reiškė, kad reikėjo iš pagrindų iš naujo įsivaizduoti, kaip mes kuriame silicį."

"Orion" išorės komponentai.
Mikroschemų "MicroLED" magija
Buvo akimirkų, kai darbai atsilikdavo nuo grafiko arba iškildavo iš pažiūros neįveikiamas techninis iššūkis, kai buvo sunku išlaikyti pagreitį ir moralę. Tačiau komanda buvo ištverminga ir rado būdų, kaip apeiti kliūtis, arba tiesiog jas nušlavė.
Pavyzdžiui, "Orion" ekranas. Silicio komanda buvo atsakinga už ekrano projektoriaus, esančio akinių kampuose, silicį.
"Kalbant apie šiuos projektorius, kilo atviras klausimas, ar galėtume gauti pakankamai efektyvią ir ryškią mikroschemų matricą, kad galėtume sukurti plataus matymo lauko ekraną", - sako Snodgrassas. "Buvo didžiulė abejonė, ar galime - ar tai įmanoma padaryti per tą laiką, kurį svarstėme, - nes tai buvo labai nauja technologija."
"Labai anksti supratome, kad turime permąstyti daugelį produktų kūrimo paradigmų", - priduria Yee. "Šviesos kiekis, kurio reikia, kad ekranas būtų tinkamas naudoti, AR akiniuose yra daug ryškesnis, nes nešiojamame ekrane konkuruojama su saule. Taigi mums reikia tokio energijos lygio, kuris galėtų su ja varžytis - ar bent jau toks yra tikslas. Kol kas to dar nepasiekėme, bet tai yra svarbi dalis. Tai reiškia, kad ekranui reikia tokių šviesos šaltinių, kurie galėtų tai užtikrinti, ir grandinių, kurios galėtų tai valdyti. Kartu reikia, kad jis būtų mažytis."

"Orion" µLED lemputes valdantis pasirinktinis silicis.
Nors mikroLED atrodė tinkamiausias šviesos šaltinis projektoriams, silicis padėjo atskleisti jų potencialą.
"Ekranuose kalbame apie pikselių žingsnius, t. y. atstumus tarp gretimų pikselių centrinių taškų", - aiškina Yee. "Televizoriuose šie atstumai siekia šimtus mikronų. Jūsų telefone - daug, daug dešimčių mikronų. Mums reikėjo sumažinti šį atstumą iki vienženklio skaičiaus. Vienintelė žinoma puslaidininkių gamyba, kuri galėjo tai pasiekti, buvo silicis."
Darbą apsunkino tai, kad galinis ekrano paviršius turėjo būti pagamintas iš silicio, o silicio, skirto mikroLED, niekas pasaulyje nebuvo kūręs.
"Tuo metu visos tyrėjų grupės buvo pakeitusios skystųjų kristalų ant silicio ekranų paskirtį, kad juose būtų galima naudoti mikroLED", - sako Yee. "Iki tol niekas nebuvo sukūręs "microLED" ekranams skirtos plokštės. Ir mes susidūrėme su gana unikaliu iššūkiu, nes tai yra optinis komponentas. Jis turi būti plokščias. Jo negalima subraižyti. Jis turi pasižymėti visomis šiomis savybėmis, nes žiūrėdami pro bangolaidžius, pro projektorius, jūs tiesiogine prasme žiūrite į viršutinį silicio gabalo paviršių."
Silicio komanda sukūrė sudėtingas šių mikroLED ekranų bandymų platformas, kurias reikėjo glaudžiai koordinuoti su mūsų pasauliniais tiekėjais. MikroLED ekranai yra pasaulinio masto - jie buvo sukurti vienoje vietoje, o paskui perkelti į kitą vietą, kur buvo sudėti ant plokštelės. Tuomet plokštelės buvo siunčiamos supjaustyti į tam tikrą formą, po to jos buvo vežamos į JAV, kad būtų sujungtos su kita plokštele, o tada siunčiamos atgal per visą pasaulį, kad būtų sukurtas ir išbandytas tikrasis modulis. Tai buvo nepaprastai sudėtingas procesas, todėl silicio komanda sukūrė bandymų transporto priemones, kad išbandytų kiekvieną etapą.
Komandai taip pat reikėjo rasti būdą, kaip mažame akinių kampų tūryje tiekti energiją "microLED" ekranams. Mūsų analogų komanda sukūrė individualų maitinimo valdymo lustą, kuris tilpo į šį tūrį.
"Maitinimo tiekimas yra labai svarbus tokiems nedidelio formato dėvimiems įrenginiams, kurių baterijos dydis yra ribotas, o vietos - mažai", - pažymi analoginių ir mišrių signalų sistemų direktorius Jihong Ren. "Mūsų pritaikytas maitinimo valdymo integrinis grandynas naudoja pažangiausias technologijas, kad optimizuotų energijos vartojimo efektyvumą mūsų konkrečiam darbo krūviui sistemos lygmeniu, ir visa tai atitinka turimus erdvės apribojimus. Norint pasiekti šį optimalų sprendimą, reikėjo glaudaus tarpdisciplininio bendradarbiavimo su mūsų mechanikos, elektrotechnikos, SoC, μLED ir šilumos komandomis, kad būtų užtikrinta sklandi visų komponentų integracija ir maksimaliai padidintas bendras našumas."
"Tai buvo nuostabus ne tik inžinerijos, bet ir organizacinio valdymo žygdarbis: suburti komandą, dirbti skirtingose laiko juostose ir su visais šiais skirtingais tiekėjais", - priduria Snodgrassas. "Tam tikra prasme viso to organizacinis valdymas buvo toks pat didelis iššūkis kaip ir techninių specifikacijų laikymasis."
"Ne tik dizainas, bet ir visas gamybos procesas yra individualus", - priduria Yee. "Mums pasisekė, kad turime puikių partnerių pramonėje, kurie padėjo tai įgyvendinti. Jie įžvelgia ilgalaikį AR ekranų potencialą ir, be abejo, Mėtos viziją. Todėl jie noriai bendradarbiavo su mumis, kad šie pritaikymo ir optimizavimo darbai būtų atlikti, kad būtų galima naudoti šį ekraną."

"Orion AR" akiniai.
Iteracija ir pagreitinimas
Silicio komanda ir genialūs "Reality Labs Research" ir "XR Tech" specialistai, kuriantys algoritmus, turėjo glaudų grįžtamąjį ryšį. Pastarosios komandos pateikdavo šiuos algoritmus, kuriuos pirmosios komandos perkeldavo į techninę įrangą, taip pašalindamos bendrosios paskirties procesoriaus vykdomos programinės įrangos pridėtines išlaidas. Tai reiškė, kad algoritmai veiktų mažesniu galingumu, tačiau tai taip pat reiškė, kad silicio komanda buvo užrakinta. Kai algoritmai buvo patobulinti, jie nebegalėjo daryti pakeitimų.
"Tarkime, "XR Tech" kūrė tam tikrą algoritminę discipliną, - aiškina "Silicon Accelerators" architektūros ir algoritmų direktorius Ohadas Meitavas. "Jiems priklauso algoritmų stekas ir jo našumas. Tada mano komanda, bendradarbiaudama su jais, nuspręs, kaip pagreitinti algoritmą, kaip patobulinti algoritmo dalis ir kaip iš tikrųjų įdiegti jį į aparatinę įrangą taip, kad jis veiktų itin efektyviai. Tada "XR Tech" pritaikytų savo programinės įrangos steką, kad būtų atsižvelgta į aparatinę įrangą. Tai labai kartotinis procesas."
Kita sėkmės istorija - silicio komandos bendradarbiavimas su "Reality Labs Research", siekiant sukurti naują reprojekcijos algoritmą.
"Mums reikėjo, kad perprojektavimo algoritmas palaikytų įvairius iškraipymus ir korekcijas", - pažymi "Silicon Architect" architektas Steve'as Clohsetas. "RL-R" sukurtas algoritmas, kurį galiausiai panaudojome, nenaudojamas bendroje kompiuterijoje. Ir šiai dienai jis pasirodo esąs gana galingas įrankis".
Kai algoritmai buvo patobulinti ir techninė įranga optimizuota, silicio diegimo komanda išbandė pritaikytus lustus.
"Orion" pasirinktinis silicio mikroschemų rinkinys yra labai sudėtingas, - sako "End-to-End" sistemos ir infrastruktūros vyresnysis direktorius Lipingas Guo. "Per trumpą laiką sukurti ir patvirtinti atskiras mikroschemas ir jų tarpusavio sąveiką yra neįtikėtinai sudėtinga. Laimei, mes dirbame vertikaliai integruotoje aplinkoje, kurioje "Reality Labs" priklauso visas paketas - nuo silicio ir žemo lygio programinės įrangos iki operacinės sistemos, programinės įrangos ir viršutinio sluoksnio patirties. Tuo visapusiškai pasinaudojome, glaudžiai bendradarbiaudami su įvairių sričių partneriais, ir pakeitėme savo komplekso integraciją silicio patvirtinimo etape. "Orion" buvo mūsų bandomasis šios metodikos bandymas - mes sustiprinome savo "shift-left" raumenis ir sukūrėme tvirtą pagrindą, kad "Reality Labs" ateityje galėtų pasinaudoti visais pritaikyto silicio privalumais."
Po įdiegimo atėjo laikas optimizuoti programinę įrangą.
"Vyksta kartotinis procesas, kai pradedama nuo visiškai neoptimizuoto programinės įrangos paketo, kad viskas būtų paleista ir veiktų", - sako Snodgrassas. "Tada po vieną pereinate per posistemes ir pradedate optimizuoti programinę įrangą konkrečiai aparatinei įrangai, įskaitant programinės įrangos naudojamos atminties mažinimą. Techninė įranga gali būti puikiai suprojektuota, tačiau teorinio energijos vartojimo efektyvumo nepasieksite, jei neinvestuosite tiek pat ar net daugiau laiko, kad programinė įranga išnaudotų visus techninės įrangos privalumus. Štai tokia "Orion" istorija: iki galo optimizuota aparatinė ir programinė įranga. Nepalikite nė vieno pikodžaulio ar milivato."
Nors "Orion" gali būti tik prototipas, jo kūrimas gali turėti didelės įtakos "Meta" veiksmų planui.
"Į kuriamas silicio integrines grandines žiūrime kaip į platformas, nes tai yra vertingos integrinės grandinės, kurias tobulinsime pereidami nuo vienos kartos ar vieno produkto prie kito", - priduria A. Meitav. "Visi kompiuterinės regos ir grafikos algoritmai sukurti ne tik "Orion". Jie bus naudojami būsimuose produktuose."
Mūsų darbas su siliciu apima naujų sprendimų kūrimą ir glaudų bendradarbiavimą su partneriais. Silicio komandos įtaka neapsiriboja vien tik Orionu. "Ray-Ban Meta" akiniai ir "Meta Quest" ausinės šiandien, nors abiejuose naudojami trečiųjų šalių lustai. Silicio komanda reguliariai dalijasi savo darbais su mišrios realybės komanda, parodydama, ką galima padaryti energijos vartojimo efektyvumo požiūriu. MR komanda dalijasi šiais rezultatais su partneriais, pvz. "Qualcomm" padėti informuoti apie būsimus lustų projektus. Kadangi silicio komanda naudoja tuos pačius nestandartinius skaitmeninius signalų procesorius (DSP) kaip ir "Ray-Ban Meta" akiniai, ji galėjo pasidalyti įgyta patirtimi ir geriausios praktikos pavyzdžiais, kai diegė ir rašė šių DSP kodą, kad padėtų pagerinti mūsų dirbtinio intelekto akinių garso patirtį.
Žiniomis dalijamasi abiem kryptimis: MR komanda suteikė silicio komandai įžvalgų, pvz. Asinchroninis "TimeWarp ir Programos "SpaceWarp" diegimas gamyboje.
"Tai, ką žmogus daro gamyboje, yra kur kas įdomiau nei tai, ką galėtume padaryti su prototipu", - sako Clohsetas. "Stengėmės kuo labiau integruoti tai, ką jie darė su deformacijomis."
Dviprasmiškumas < Ambicijos
Kadangi "Orion" iš tiesų buvo nulis prie vieno, dalyvaujančioms komandoms teko susidurti su pernelyg dideliu kiekiu dviprasmybių.
"Negaliu pervertinti, kaip sudėtinga buvo dėl dviprasmiškumo", - sako Clohsetas. "Kai, pavyzdžiui, kuriate kompiuterį, paprastai gerai įsivaizduojate, koks bus ekranas. Tačiau mes nežinojome, koks galiausiai bus bangolaidis, todėl turėjome išbandyti įvairius bangolaidžius ir sugalvoti mechanizmą, kuris galėtų susidoroti su blogiausiu scenarijumi, nes nežinojome, kur viskas nusileis. Vienas optimizavimas čia būtų susipynęs su visais kitais pasirinkimais, ir galiausiai būtų susidariusi visų šių skirtingų dalykų matrica, kurią turėjote palaikyti ir bandyti patvirtinti, nes nežinojote, kur gaminys nusileis po šešių mėnesių."
Svarbu pažymėti, kad "Orion" nėra tik pora AR akinių - tai trijų dalių techninės įrangos žvaigždynas. Daug duomenų apdorojama apskaičiuoti puck, todėl tarp jo ir akinių turi būti stiprus ryšys. Pridėkite paviršiaus EMG apyrankė į ciklą, ir sistemos architektūra tampa dar sudėtingesnė.
"Komandoms tai buvo didžiulis iššūkis, kurį reikėjo išspręsti, ir visa tai tiesiog veikia", - sako Snodgrassas. "Tai buvo nuostabus bendradarbiavimas tarp silicio komandos, belaidžio ryšio komandos ir programinės įrangos komandų visoje organizacijoje."

"Orion" skaičiavimo pūkas.
"Su "Orion" subūrėme visą komandą, kurioje dirbo įvairūs inžinieriai, ir jie sugebėjo suprojektuoti visiškai naują vamzdyną", - priduria Clohsetas. "Tai vamzdynas, kuris apdoroja šešių laisvės laipsnių objektų judėjimą 3D erdvėje. Jis naudoja savo pasirinktinę ekrano tvarkyklę. Turėjome atlikti tikrai unikalius vaizdo kokybės pataisymus. Manau, kad iššūkis mums buvo tai, kad tai buvo nulinis projektas, todėl nebuvo jokios esamos specifikacijos, kurią būtų galima koreguoti ir tobulinti. Viskas čia visiškai nauja, todėl turėjome veiksmų laisvę."
Panašiai kaip ritulys po paviršiumi paslėptos kai kurios neaktyvios funkcijos, pasirinktinis silikonas taip pat yra pranašesnis už savo svorį. Nors "Orion" neleidžia naudotojui fotografuoti RGB kameromis, silicis gali tai palaikyti, taip pat kodekų avatarai. Kaip ir "Orion" pritaikytas silicis, kuris padėjo išlaisvinti tikrąjį akinių formato faktorių, nes iškraunama didelė dalis skaičiavimų, taip ir "Orion" pritaikytas silicis pasirodė esąs būtina AR dėlionės dalis.
"Norint įgyvendinti tokią "zero-to-one" patirtį kaip AR akiniai, reikia specialaus silikono - pilno sustojimo", - aiškina Snodgrassas. "Laikui bėgant, jei atsiras rinka, silicio pardavėjai sukurs produktus, kurie patenkins paklausą. Tačiau norint sukurti "zero-to-one", negalima tiesiog paimti iš lentynos kažką, kas yra skirta kitam produktui, ir pritaikyti tai naujoje formoje. Reikia investuoti į kažką pagal užsakymą. O norint įgyvendinti šias "zero-to-one" patirtis, reikia plataus programinės įrangos partnerių, pramoninių dizainerių, mechanikos inžinierių ir kt. bendradarbiavimo."
"Išsilaisvinę iš tradicinių mąstymo modelių, sukūrėme kažką išties nepaprasto", - priduria Sheareris. "Tikime, kad ši kompiuterinė platforma yra technologijų ateitis, kuri iš esmės pakeis tai, kaip gyvename, dirbame ir bendraujame vieni su kitais. Džiaugiamės, kad galime būti šios inovacijos priešakyje, plėsti galimybių ribas ir padėti kurti istoriją."
Daugiau informacijos apie "Orion" rasite šiuose tinklaraščio įrašuose: