機器人，輝達的下一個戰場
很多人說，英偉達（輝達）運氣好，每個風口都被它踩中。事實上，英偉達遇見每一個風口前，都經歷了長長的鋪墊。下一次可能是機器人。
2023年最後一個月，特斯拉發表了Optimus機器人第二代；2024年元旦剛過，全球機器人市場被史丹佛的炒菜機器人「Mobile Aloha」點燃；CES2024上，廠商展示的重點已經從智慧電動車轉向了AI和機器人。就在前兩天，微軟與OpenAI正與人形機器人公司Figure進行融資談判，計畫向對方注資5億美元。分析機構認為，2024年將成為機器人爆發元年。十年前在機器人領域「無心插柳」的英偉達終於要在機器人市場開啟「收割模式」。
「無心插柳」改變生態格局
特斯拉公司CEO伊隆馬斯克認為，未來地球上的機器人數量終將超過人類。這一預見正加速變成事實。例如，目前亞馬遜公司的物流機器人已經超過75萬台，仍以每天1,000個機器人的速度在成長，到2030年，亞馬遜擁有的機器人數量將超過員工數量。
「機器人產業將在2024年爆炸性成長，Figure和特斯拉等新進業者正在推動這一趨勢，而傳統參與者正在打造相關的基礎設施，僅製造業的市場機會就高達數萬億美元。」Wischoff Ventures創辦人兼普通合夥人Nichole Wischoff不久前說。
五年前，英偉達創辦人兼執行長黃仁勳就預見機器人產業即將大爆發。在2018年中國台北國際電腦展（COMPUTEX 2018）舉行的前一天，黃仁勳說：「AI是我們這一時代最強大的技術力量。第一階段人工智慧將實現全新的軟體自動化水平，從而幫助許多產業提高生產力；其後，人工智慧與感測器和執行器結合，將成為新一代自主機器的核心。終有一天，數十億台智慧機器將用於製造、送貨上門服務、倉儲物流等領域。”
但英偉達機器人和邊緣運算副總裁Deepu Talla認為，英偉達的機器人佈局其實是從十年前開始的。 「十年前，黃仁勳親手將第一台NVIDIA DGX AI超級電腦交付給OpenAI，得益於OpenAI的ChatGPT，生成式AI已成為當代發展最快的技術之一，現在生成式AI正在重塑這個數兆美元的市場。」Deepu Talla在今年的CES上表示，有了大語言模型（LLM），機器人能夠更自然地理解和響應人類指令；有了生成式AI，機器人能夠實現前所未有的感知和適應能力。
毫無疑問，機器人在這個時間點爆發，生成式AI是最大的推手，因為生成式AI的到來，讓機器人從設計、模擬到程式設計等產業發展過程中的許多難題，都有了更優的解決之道。例如，以前的機器人是為特定任務而專門製造的，根據不同任務修改機器人十分耗時，有了LLM 和視覺語言模型，讓人與機器人的交互更加直觀，使得機器人能夠獲得更強適應性和感知力。
「基礎模型標誌著機器學習模型創造方式的重大變革，不僅能夠創建與機器人的對話介面，提升現有電腦視覺功能的質量，還可能開發出如視覺問題解答等新的能力。這些可擴展的架構和訓練策略最終可能超越語言和視覺，擴展到機器人的規劃和控制領域。」波士頓動力首席技術長Aaron表示。
先前，黃仁勳在ITF World 2023半導體大會上表示，人工智慧的下一個浪潮是「具身智慧」(Embodied AI)，即能理解、推理、並與物理世界互動的智慧系統，例如機器人、自動駕駛汽車，甚至聊天機器人，它們都能很好地理解物理世界。如果「具身智慧」的機器人是人工智慧的終極形態，那麼機器人市場必須是英偉達的「必爭「之地。
十年前黃仁勳對於OpenAI的「無心插柳」讓英偉達在這場包括機器人在內的AI變革中成為核心，就此拉開了英偉達進入機器人市場的序曲。
「三件套」出擊市場
英偉達在機器人市場的真正佈局始於2018年，在這一年英偉達宣布推出包含全新硬體、軟體和虛擬世界機器人模擬器的NVIDIA Isaac，同時也推出專為機器人設計的電腦平台Jetson Xavier和相關的機器人軟體工具包。 「處理器+平台+開發工具」是英偉達進入每個新市場必備的「三件套」，英偉達又把這樣的方法複製到機器人市場。
其後的幾年，英偉達從底層晶片到運算平台到訓練與驗證進行全方位佈局，不斷往前推進。 2019年，英偉達推出lsaac軟性開發套件(SDK)，為機器人提供更新的AI感知和模擬功能；2022年，英偉達又推出NVIDIA Isaac Nova Orin，該可配置的運算和感測器參考平台旨在幫助AMR（自主移動機器人）製造商縮短開發時間並降低成本。
英偉達在機器人市場進行緊鑼密鼓且強有力的推進是在2023年，這一年生成式AI席捲了每一個領域，同樣也徹底改變機器人產業，所以擁抱生成式AI就成為英偉達機器人全線產品技術演進和重塑的核心方向。
2023年5月，英偉達在COMPUTEX 2023上發表全新Jetson AGX Orin工業級模組。該模組在惡劣環境下可以提供更高層級的運算能力，其中的關鍵字是「伺服器級效能」和「極度惡劣環境」。有了「伺服器級效能」意味著在嵌入式「端側」、「邊緣側」也能部署AI並讓感測器融合演算法；能夠在「極度惡劣環境」下使用，意味著在包括農業、建築、能源、航空抗體、衛星等極端環境打造更強勁的機器人有了可能。
2023年10月，英偉達宣布，對適用於邊緣AI和機器人的NVIDIA Jetson平台上的Metropolis和Isaac框架進行有史以來規模最大的軟體擴充。這次擴充的主題是結合Transformer模型與生成式AI的功能來滿足邊緣AI的快速部署需求。同時，英偉達也宣布創立Jetson生成式AI實驗室，供開發者學習並利用開源生成式AI模型進行開發。關鍵字是結合「生成式AI」快速滿足邊緣AI部署。
也是在2023年10月，英偉達宣布推出Isaac ROS和Isaac Sim軟體的全新版本，對感知和模擬功能進行了重大改進，這次改進同樣還是與AI相關。從介紹來看，基於常用的開源機器人操作系統（ROS）的Isaac ROS，為自動化帶來了感知能力，讓移動的物體有「眼睛」和「耳朵」。透過GPU加速的GEM功能（包括視覺里程測量、深度知覺、3D場景重建、定位和規劃等），機器人開發者就擁有了為不同應用快速客製化機器人解決方案所需的各種工具。
不難看出，英偉達在機器人晶片技術和工具領域有幾個重要的迭代方向。一方面是不斷“強性能”，透過提升性能，讓嵌入式端、機器人本體能夠“裝得下”、“運得了”AI；提升芯片算力以便裝得下算法和模型，提升機器人的“智力」。
另一方面是模組化,透過不同特色的模組靈活「包抄」細分市場。在發布Jetson AGX Orin工業級模組之前，英偉達已經推出了Jetson Nano、JetsonOrin等模組,英偉達稱Jetson Nano的特點是「小巧，大小只有信用卡大；強悍，能提供472G FLOPS的性能；能耗比超高，能處理多個神經網絡，功耗只有5~10瓦”，包括智慧家庭、家用機器人用的比較多。
再一方面是不斷降低開發者擁抱AI的門檻。英偉達透過設立機器人AI實驗室、發布多個面向第三方的機器人開發工具和平台。事實上，由於邊緣環境複雜多變，生產線需求迭代較快，需要反覆對機器人和AI系統進行編程，整個過程不僅耗時，還要求開發者俱備足夠的專業技能，建立AI實驗室為Jetson開發者提供經過優化的工具和教程，能夠降低使用AI工具的門檻。透過向第三方NVIDIA Metropolis提供GPU加速的SDK和開發人員工具，能夠幫助用戶以更快速、更經濟、更有效率的方式從邊緣到雲端建置、部署和擴展支援AI的視訊分析和物聯網應用。該平台提供了一系列功能豐富的應用程式介面和微服務，供開發人員快速開發基於視覺的複雜應用。
尋找市場裂變利器
打造機器人本體需要強勁的機器人處理器、機器人運算平台、機器人開發工具，但如果只從提供機器人本體的運作環境來看英偉達，那麼還是低估了其對機器人市場的重視與野心。
事實上，英偉達對於每一個策略性市場，絕不僅僅滿足於按部就班做「加法」。
就像Deepu Talla所言，打造更聰明的機器人，只需要“兩台電腦”，一個是機器人本體的運作環境，另一個是機器人製造的AI工廠。機器人的製造工廠能夠帶來機器人大規模爆發。 「它是創建和不斷改進AI模型的核心，AI工廠使用了英偉達資料中心計算基礎設施以及NVIDIA AI和NVIDIA Omniverse平台，可以仿真和訓練AI模型。」Deepu Talla說。
Omniverse是英偉達的模擬模擬平台，它與AI結合的一個重要應用是實現機器人自動程式設計。目前在汽車製造領域，機器人的程式設計遠遠比機器人本身的價格要高得多，用於汽車生產製造的機械手臂機器人成本約為2.5萬美元，而對機械手臂機器人進行程式設計的費用為25萬美元，如果透過Omniverse+AI，就能夠對機器人進行自動編程，費用將大大降低。 BMW集團與自動化公司idealworks在Omniverse中使用Isaac Sim，產生合成資料並運行相關場景，用於測試和訓練AMR與工廠機器人。在部署到現實世界之前，亞馬遜使用Omniverse中的數位孿生模擬對其自主倉庫實行自動化、最佳化和規劃，並透過Isaac Sim提高其最新自主移動機器人（AMR）Proteus的能力。
機器人資料產生器是英偉達「機器人AI工廠」的重要成員。目前機器人AI化滯緩的重要原因是缺乏訓練資料。機器人與環境互動的資料資源有限，收集資料極為昂貴且耗時，類比和合成資料將在解決機器人靈巧性甚至整個運算視覺問題上發揮關鍵的作用。 2023年10月，英偉達與德州大學奧斯汀分校提出的MimicGen數據生成系統，可以用不到200個人類演示，自主生成超過5萬個訓練數據，涵蓋18個任務、多個模擬環境、現實場景，合成資料方案，加速了機器人AI化進程。
雲是撬動機器人市場的一個利器。 2023年3月英偉達宣布，將Omniverse Cloud託管至微軟Azure上，以擴大英偉達AI機器人開發和管理平台Isaac Sim的存取範圍。將Isaac Sim放到雲端可以讓團隊更有效地合作，獲得最新的機器人工具和軟體開發套件。
經過五年的部署，目前英偉達的機器人產業生態「基本盤」已經現，目前NVIDIA Isaac和Jetson平台等被超過120萬名開發人員和10,000名客戶以及合作夥伴所使用。在CES2024上，包括波士頓動力公司、Collaborative Robotics、Covariant、Sanctuary AI、宇樹科技等都展示了基於英偉達的機器人成果。
但這並不能滿足NVIDIA對於機器人市場的野心，英偉達還在尋找更多能帶來機器人市場快速裂變的利器。
2023年10月，英偉達旗下風投部門NVenture以3,200萬美元領投了一家機器人工廠Machina Labs，這家公司之所以被英偉達看中，是因為它擁有一個名為機器人工匠的敏捷製造平台，集成了7軸機器人、自主板材裝載和夾具以及先進的人工智慧流程模型和閉環控制，只需單擊按鈕即可啟用許多製造流程，其技術能讓工廠擺脫傳統製造的束縛，轉而採用軟體配置。 NVentures企業副總裁Mohamed Siddeek表示：“Machina Labs運用計算和機器人技術在板材成形領域做出了革命性的突破。”
Machinal labs已經具備生產用於飛機火箭和衛星的鈑金零件能力，可以在常溫下快速製造大型彎曲鈦合金零件，其能力包括切割圓頂、整流罩和其他航天結構，高效、快速的製造流程使得航太企業能夠更快地迭代，這很可能會得到像space X、NASA、波音等航空界用戶的青睞。
製造與材料的進步同樣是機器人產業變革的關鍵一環，這應該是英偉達看中這項事業的另一個重要原因。
機器人產業的突破，不僅需要人工智慧、機器學習等領域的進步，還需要包括材料學科以及控制系統等眾多的領域的攜手突破，將機器人技術從專注於特定任務逐漸演化，最終擁有更廣泛的功能和通用性，依然還有很長的路要走。如果「具身智慧」機器人是人工智慧的終極形態，對於將人工智慧作為核心宗旨的英偉達而言，其機器人市場的大幕才剛拉開。（中國電子報）