元宇宙行业专题研究:元宇宙投资,半导体先行

1 元宇宙投资,半导体先行

我们认为,一个技术成熟、稳定运转的元宇宙仍需要 5-10 年的软硬件基础设施建设。人们 理想中的元宇宙指一个脱胎于现实世界,又与现实世界平行、相互影响,且始终在线的虚 拟世界,能够为用户提供沉浸式娱乐体验和内容社区综合体。当前我们仍然处于元宇宙的 概念期,离这样的设想仍然十分遥远。想要建成这样一个成熟的虚拟世界仍然需要持续的 5-10 年的基础设施建设。

基础设施建设主要聚焦于互操作系统、价值结算系统、信息基础设施、内容生产系统四个 方向。我们认为元宇宙世界将由包括应用、治理、身份、激励的一系列要素构成,而这些 要素都需要建立于基础设施上,未来主要建设方向包括互操作系统(ARVR 终端)、价值结 算系统(区块链)、信息基础设施(数据中心、云计算、通信光模块、边缘计算)、内容生 产系统(游戏引擎等)四个方向。

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4G 时代设备商、手机终端等板块建设率先进行。回顾 4G 时代,从产业链角度看,历史上 板块发展顺序依次为设备商(华为、爱立信、中兴、诺基亚),手机终端(华为、苹果), 电信服务(中国通信、中国联通)与移动互联网应用(腾讯、阿里巴巴、京东、百度)。

半导体需求随 4G 普及持续扩张。引领生活方式发生改变的是科技硬件的持续创新和随之而 来的半导体需求的不断扩张。过去五年,随着 4G 的普及,移动互联网平台的成熟,以及 5G+AI 的不断渗透,无线通讯与计算机领域半导体销售额持续大幅增长。根据 IDC,2016 年全球半导体行业销售额约 3,384 亿美元,2021 年达 5,224 亿美元,CAGR 为 9%。

类比 4G 时代,我们认为元宇宙相关硬件基础设施如引擎和芯片、VRAR 终端发展也将率 先开始,带来半导体需求的继续扩张。类比 4G 时代,我们认为元宇宙产业链板块的发展顺 序将会为软硬件设备商(英伟达,高通,Epic,Unity),VRAR 终端(苹果,Meta),元宇 宙平台(微软,字节跳动,Meta,腾讯),以及元宇宙应用(微软,腾讯,Keep,Meta 等)。 硬件基础设施和 VRAR 终端的率先铺开将显著带动半导体需求,根据我们测算,2021-2030 年间,全球半导体市场仍会维持 5%左右的复合增速。

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具体来看,元宇宙对计算/近眼显示/人机交互/通信四个方向提出了全新的需求。我们认为元 宇宙的底层核心技术包括 AI/区块链/通信技术/硬件接口。随着各类技术的持续投入和元宇宙 应用拓展,从信息硬件基础设施角度来看,分别对高新能计算/近眼显示/人机交互/通信四个 方向提出了全新的需求:需要高性能计算作为底层基础设施支撑生产出高质量的虚拟内容, 需要的高带宽、灵活调度的通信能力支持内容高速率低时延的传输,需要多样化的传感器为 人机交互和内容生产提供海量数据,需要高性能的近眼现实屏幕提供更具有沉浸感的体验。

对应微处理器、无线通讯芯片、传感器、显示相关半导体投资机会。与 4G/5G/ AI 时代一 致,元宇宙终端需求的升级也将带动半导体应用的扩张,显示、微处理器、无线通讯芯片、 传感器等行业国内外厂商都将迎来成长机会。

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方向 1:元宇宙有望大幅提升 AI、图像渲染、区块链需求

在深度学习理论等算法,大数据,以及 GPU 等新芯片架构的发展的推动下,过去几年高 性能计算实现质的飞越。而元宇宙虚拟和现实的创作和体验也需要高性能计算作为底层基 础设施支撑。元宇宙推动下,数据中心作为计算和存储的重要硬件设施将有望保持 10%以 上增速,打破周期性波动。算力需求推动 AI 芯片市场持续扩大,国内创业公司有望打破 国际大厂垄断迎来机遇。游戏作为最接近元宇宙的应用形态,有望通过云游戏的方式将本 地渲染搬移到云端,降低对终端硬件设备算力的要求,将端游体验推向手游。而我们认为, 云游戏将是一个突破口,未来更多应用的出现都将带来算力上的庞大需求,从而在形态上 相较过去有新的变化。此外,随着元宇宙、NFT、Web3.0 的繁荣,区块链技术被广泛应用, 将会促使 IPFS 带动存储需求,从而带来 SSD 相关的存储需求。

高性能计算趋势(HPC):数据膨胀,算力、算法迭代更新速度加快

根据 OpenAI 测算,自 2012 年以来,全球头部 AI 模型训练算力需求 3、4 个月翻一番,每 年头部训练模型所需算力增长幅度高达 10 倍。算力革命超越摩尔定律,对应集成电路中的 晶体管数量大约每两年翻一番。深度学习正在逼近现有芯片的算力极限,人工智能发展正 在进入加速阶段。随着运算规模的不断扩大,预训练模型在文本、图像处理、语音、视频 等领域实现突破性进展,2020 年 OpenAI 以 1750 亿参数的 GPT-3 直接将参数规模刷到千 亿级别,而微软和英伟达在 2021 年 11 月联手发布了 5300 亿参数的 Megatron-Turing 自然 语言生产模型(MT-NLG)再次突破极限,模型进化速度再不断加快,成为元宇宙的主要支 撑。

英特尔高级副总裁 Raja Koduri 在英特尔 RTC 2021 上表示,理想中元宇宙可供数十亿人实 时访问,因此需要将计算能力从目前最先进水平再提高 1000 倍。现在虽然处在元宇宙旅程的 最初阶段,但从开始就会呈指数级增长,并期待在接下来的 5-6 年看到从 1%到 90%的发展。

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元宇宙场景下, AI、图像渲染、区块链成为高性能计算的主要用途。元宇宙所需要达到的 完全沉浸式虚拟环境,要求对底层海量资源调动更加高效。从元宇宙架构上看,芯片、服 务器、区块链等核心资源将充分受益,算力需求将持续扩大。元宇宙在高性能计算方面的 投资机会主要把握三个方向:1)深度学习和机器视觉技术发展程度相对较高,而自然语言 处理技术仍在提升阶段,未来在人机交互、语音语义方向的应用将逐步走向成熟,对应 AI 芯片和应用场景落地需求提升;2)相较于传统场景,元宇宙更注重三维立体效果,需要应 用三维建模、图形渲染等通用技术,随着所需 GPU 算力提升,类似云游戏的云端渲染可快 速突破硬件限制;3)去中心化趋势明显,存储需求扩大,带动以太坊日平均算力使用量的 提升。(报告来源:未来智库)

机会 1: 元宇宙高算力提升数据中心及高计算芯片等基础硬件需求

数据中心回暖,全球超过 400 亿美金市场,是支撑元宇宙发展的重要基础设施。目前数据 中心成为主要的 AI 算力落脚点,主要承载元宇宙新应用所需的计算、存储等需求,以支 撑虚拟世界和现实世界的融合。根据 Factset 一致预期,Meta、苹果、谷歌及微软四者合 计资本开支 2021/2022 年有望分别同比增长 24%/22%,其中 Meta 拟加码在元宇宙、数 据中心等领域的投入,2022 年资本开支同比增幅预计达 52%(2021E:+26%)。下游资 本开支拉动数据中心呈现快速发展趋势,预计 NVIDIA、Intel 和 AMD 三家公司在数据中心 方面的收入在 2022 年将接近 450 亿美元,年平均增速将保持在 10%以上。

在 AI 元宇宙等新应用推动下,数据中心用高计算芯片(HPC)也呈现加速发展趋势。服务器 和数据中心用的处理器芯片市场规模不断增长,目前计算仍主要依赖 CPU。随着 AI 算力 需求的提升,数据中心算力呈现多样化趋势,主要用于 AI 计算的 GPU 或 ASIC 占比不 断提升。据我们测算,目前全球服务器 GPU 占据服务器级处理器的市场份额小于 20%, 预期未来三年 CAGR 约为 25%。目前我们看到,一方面英伟达等龙头厂商正积极从计算 芯片提供商,向元宇宙和人工智能软件平台提供商拓展。另一方面,中国也出现了大量创 业公司致力于 AI 芯片设计。这些企业通过和客户合作克服英伟达的软件壁垒,长期有望在 快速扩大的 AI 芯片市场取得一定份额。

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机会 2:元宇宙将端游体验推向手游,推高渲染相关 GPU 用量

目前全球移动端游戏用户已经成长为PC端游戏用户人数的两倍,伴随游戏向重度游戏发展, 对于硬件设备的性能要求愈发提高,硬件配置成为玩家获得优质游戏体验的一大门槛。过去 十年间手机芯片算力从 iPhone4 的 3GFLOPS 提升至 iPhone13 的 1224GFLOPS,与 PC 显 卡算力差距保持 40 倍左右。云游戏将端游体验带动终端,强调将大量渲染所需算力从本地迁 移到云端,可快速实现硬件设备的限制,用手机即可流畅运行 3A 大作;同时云游戏的高同步 性使得在各个终端获得“无缝切换”的游戏体验,无需下载,点开即玩。云端服务器也能更 好地对游戏所需算力进行充分分配,减少冗余算力消耗,节约了整体成本。作为元宇宙最早 实现的载体,未来云游戏将在算力聚合、音视频整合计算双向传输等方向不断完善。

机会 3:分布式记账和存储:以太坊生态加速繁荣,催生存储需求

区块链作为元宇宙的基础设施之一,具有去中心化,安全,可信等特点。其中与元宇宙联 系最紧密的当属以太坊,历经 6 年发展,以太坊已然成为最重要的区块链基础设施之一。 从 2015 年以太坊网络启动到 2020 年以太坊 2.0 上线,以及 2021 年的持续发展。以太坊 经历 The DAO 事件、企业级以太坊联盟成立、ICO 泡沫、DApp 游戏热潮、DeFi 兴起、 NFT 兴起等多个关键节点,其公平性、灵活性、简洁性等特点组件深入人心,大量企业开 始基于以太坊开发应用。同时以太坊也在致力于从 PoW(工作量证明)切换到 PoS(权益 证明),届时全网能耗将降低至少 99.95%,进一步推动以太坊生态繁荣。

以太坊 DApp 变化明显,NFT 占据榜首。DApp 是基于区块链的去中心化应用,截止 2022 年 1 月 10 日,全球 DApp 总数达到 3853 个,其中 2903 个基于以太坊,占比高达 75.3%。 DApp 生态也在朝着多样化方向发展,Top10 排行榜中,由 2020 年的金融、交易所为主发 展到 2021 年 NFT、金融、DeFi、游戏、交易所等多种类别共同发展。其中 NFT 交易平台 OpenSea 占据榜首。

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NFT 支撑元宇宙数字资产确权。NFT 全称 non Fugibletoken,中文一般翻译为“非同质化 通证”。是基于区块链发行的数字资产,其产权归属、交易流转都被记录在了不可篡改的分 布式账本上。未来,万物皆可 NFT。无论是艺术品、收藏品、游戏道具、域名、门票,还 是任何具有独特性的财物,都可以通过上链成为 NFT。NFT 的出现,让元宇宙中每个人都 可以轻易拥有数字物品的所有权。NFT 不仅有唯一、不可篡改、永久保存的特点,最主要 是解决了数字物品的产权确权和交易流转等问题,从而扩大了流通范围,进而提升了流动 性。同时随着 NFT 的兴起,也带来了相关的存储需求。

IPFS 催生存储需求。从用户被动接受内容的 Web1.0 到用户参与创建互联网内容的 Web2.0, 流量入口与利益分配均被各个互联网巨头公司把控。同时作为一个中心化系统,在出现安 全漏洞时,服务器这个中心节点出现单点故障的影响也会波及到整个用户群。作为元宇宙 搭建的重要一环,Web3.0 是一个去中心化的网络形式,每一个人都是网络建设的参与者, 数据去中心化存储、无法篡改、信息加密等特点。相比于中心化存储更加安全,可信。同 时作为 Web3.0 数据存储的核心技术,IPFS(星际文件系统)是一个基于区块链的分布式存储 系统。NFT 相关的文件,如艺术品的图片文件,也可存储在 IPFS 网络上。

在传统的中心化存储系统上,用户上传和下载数据均与服务器进行交互。而在 IPFS 上,用 户上传和下载数据会与整个网络上的众多节点进行交互。在存储用户上传的数据时,相同 数据只会存储一次,这一点与传统的百度云等网盘节省空间的策略相同。但为了摆脱中心 化系统所带来的风险,IPFS 需在多个节点上复制相同的数据文件,以保证当部分节点下线 之后文件依然安全且在线。我们认为未来随着元宇宙、NFT、Web3.0 的繁荣,将会促使 IPFS 带动存储需求,带来 SSD 相关的存储需求。

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方向 2:近眼显示成为新增长点

大尺寸显示领域目前以 LCD 为主,2020 年全球市场规模约为 690 亿美金。21 世纪 LCD 逐渐取代 CRT 成为大尺寸显示市场的主导技术。LCD 较 CRT 在成像质量和体积等方面存 在明显优势,目前仍然是电视、PC 等大尺寸领域的主流显示技术。根据 Omdia 的数据, 2020 年大尺寸显示市场规模达 690 亿美金,LCD 出货量份额占比达 98.9%,主要厂商及 对应份额为京东方(27.0%)、群创光电(15.1%)、LGD(13.9%)、友达光电(13.6%)、 TCL(5.6%)等。

OLED 在小尺寸显示领域中的渗透率不断提升,2020 年全球智能手机显示市场规模为 430 亿美金。LCD 是小尺寸领域最早的显示技术,三星于 2010 年发布第一款搭载 OLED 屏幕 的手机,由于其质量体积、对比度及色彩表现较 LCD 更好,且具备可弯曲的特点,OLED 在智能手机中的地位迅速提升,苹果在 iPhone X 首次采用 OLED 屏幕后沿用至今。目前 OLED 屏幕被广泛应用于智能手机、智能手表、笔记本电脑、VR 等设备。根据 Omdia 的 数据,2020 年全球智能手机显示市场规模达 430 亿美金,2021 年搭载 OLED 的智能手机 出货量占比约 39.9%,Omdia 预计 2025 年将增长至 43.8%,目前智能手机面板厂商主要 包括三星、京东方和 LGD 等,2020 年按营收市场份额分别为 50/15/8%。

微显示领域存在较大成长潜力,将成为全球显示行业新增长动能。微型显示器指具有微型 尺寸(小于 1 寸)和足够分辨率(4K、8K)的小型化显示单元,主要技术包括 LCoS、DLP、 LCD、硅基 OLED 及 Micro LED 等。由于其尺寸小、便携性等特点主要用于近眼式显示系 统和投影显示,在军事、VR/AR、工业、安防、医疗等领域有广泛的应用。根据 QY Research 的数据,2020 年全球微显示市场规模为 7.3 亿美金,与大尺寸及小尺寸市场规模相比仍然 较小。由于 TV、PC、智能手机等传统显示应用领域为成熟市场,其市场规模增长较为缓慢, 微显示领域作为新兴市场,有望借 VR/AR 的快速放量实现高速增长,根据 IDC 的数据,2020 年全球VR/AR出货量分别为555/29万台,我们预计2025年将分别增长至5,000/500万台, CAGR 分别为 55%/77%。我们认为微显示将是未来显示行业的新增长动能。我们观察到索 尼、eMagin、奥雷德、合肥视涯、三安光电等厂商正在微显示领域大力布局。

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VR 显示:Fast-LCD 是目前主流,硅基 OLED 有望在苹果 MR 实现商用

Fast-LCD 为当前 VR 主流显示技术。VR 显示系统主要包括光学透镜及近眼显示屏,光学 凸透镜作用在于增大视角、将显示屏的画面放大、增强立体效果。早期由于没有 VR 专用显 示方案,OLED 脱颖而出,2016 年推出的 Oculus Rift 和 HTC Vive 均采用双 AMOLED 方 案,OLED 为自发光原理,其响应速度较快,可有效减少画面延迟,同时对比度优异,但 缺点在于分辨率不足而造成“纱窗效应”,同时成本较高。2020 年 Oculus Quest 2 推出, 采用单块 Fast-LCD 方案替代上一代 Quest 的 OLED 方案,明显改善分辨率不足的问题, 同时具备低成本的优势,响应时间上也能基本满足市场需求,目前已成为 VR 主流显示技术。

Fast-LCD 技术仍有痛点,中短期硅基 OLED 有望逐步成为主流显示技术。Fast-LCD 作为 被动显示技术,痛点在于质量较重且体积大,并且在对比度、视角、功耗、响应速度等方 面仍存在不足,无法完全满足现有 VR 需求。硅基 OLED 采用成熟集成电路 CMOS 工艺, 并结合了 OLED 技术的优点,相比于 Fast-LCD 具有 1)轻薄;2)高分辨率(4K-8K);3) 高对比度(100,000:1);4)低功耗;5)工作温度范围宽(-50~70 摄氏度);6)响应速度 快等优势。我们预计硅基 OLED 有望在苹果 MR 实现商用,中短期来看硅基 OLED 渗透率 将会提升,有望取代 LCD 成为 VR 主流显示技术。eMagin 预计 2025 年采用硅基 OLED 方 案的 VR/AR 设备出货量占比将超过 40%。

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硅基 OLED 普及可能会大规模推高全球硅片用量。按照 1 寸大小的硅基 OLED 计算,一片 12 寸晶圆约可切割 100 片硅基 OLED,若一副 VR 眼睛采用双硅基 OLED 屏幕的方案,5,000 万台 VR 销量将消耗 10 万片/月的 12 寸晶圆产能。根据中芯国际 2021 半年报,截至 1H21 底,等效 12 寸产能约为 24.96 万片/月。由此可见,若 VR/AR 快速放量,且硅基 OLED 逐 步成为其主流显示技术,将大幅推高全球硅片用量。

AR 显示:多种技术处于研发阶段,Micro LED 被寄予厚望

AR 显示系统较 VR 更加复杂,技术路线众多。AR 显示系统主要涉及微显示屏、光机、透 镜组及镜片等器件,微显示屏作为图像源器件,由其产生图像后投射到分光棱镜后通过 Prism、Free-space、birdbath、光波导等光学显示器件中,再经反射进入人眼,镜片同时 也透过自然光使得人眼能看到真实世界,从而为用户展现虚拟影像与真实世界相结合的场 景。当前主流技术及代表产品为 LCoS(Hololens 1)、DLP(Vuzix Blade)、LBS(Hololens 2/3)和硅基 OLED(Epson VM-40)等。

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LCoS、DLP 等当前主流 AR 显示技术均存在明显弊端,Micro LED 被寄予厚望。LCoS 是 AR 早期的显示技术,具有明显的局限性,例如对比度低、必须和 PBS 配合使用而限制了整 体光机的小型化和轻量化进程、低温下无法工作等,2018 年以后 LCoS 正逐渐淡出微显示领 域。DLP 存在设计难度大、结构复杂、生产成本高、体积大等劣势,且德州仪器几乎垄断该 技术。LBS 技术较 LCoS 等在对比度、响应时间具备优势,但其限制在于分辨率低且显示质 量一般。硅基 OLED 具有 LCoS 分辨率高、功耗低的优势,还弥补了 LCoS 对比度较低、极 低温下无法工作、体积较大的缺陷,在市场上有对 LCoS 逐步替代的趋势,但是由于亮度劣 势,不足以满足户外 AR 场景,同时成本较高。我们认为 Micro LED 将是 AR 显示的最佳解 决方案,2021 年 OPPO、Vuzix 等公司相继推出 Micro LED 的 AR 显示解决方案。

Micro LED 较现有技术具有超高亮度(1000,000nits)、超高对比度(100,000:1)、低功耗、 自发光、工作温度宽、结构简单、寿命长等广泛优势。Micro LED 是一种基于微型发光二 极管(LED)的新型自发光显示技术。显示原理为将 OLED 中的有机自发光二极管替换成 无机材料的 LED 灯珠,并将 LED 结构薄膜化、小型化(像素级)、矩阵化,并在一个芯片 上高度集成的固体自发光显示技术。Micro LED 显示具有自发光、高发光效率、低功耗、高 亮度、寿命长、高对比度等优点,被市场认为是中长期的主流显示技术。此外,Micro LED 的响应速度极快(纳秒级别)、能够在超小尺寸下实现超高分辨率、设计结构简洁等特点使 得其为 AR/VR 设备未来的最优屏幕选择。

Micro LED 的发展瓶颈在于良率低带来的高成本,巨量转移、全彩化等技术问题尚未解决。 Micro LED 的生产包括芯片和背板制造、巨量转移、接合、驱动和检测维修等环节,由于其 晶粒尺寸在微米级,生产单个成品即需要处理数百万甚至数千万晶粒,对技术的效率和良 率提出了极为严苛的要求,制造完成后需要将微米级的晶粒转移到驱动电路基底上,现有 技术水平还无法满足其量产需求。Micro LED 晶粒的发光效率、波长一致性和良率也尚未达 到 MicroLED 彩色化显示的要求。由于技术难题及成本原因,现有搭载 Micro LED 屏幕的 产品价格高昂,2020 年三星推出的 4K 110 寸 Micro LED 电视报价达 1.7 亿韩元(102.5 万元)。(报告来源:未来智库)

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方向 3:交互方式拓展带来传感器增量机会

人机交互方式随着计算平台的变革而迭代,持续向人类本能交互方式进化。主机时代,人 机交互需要通过键盘,键入文本命令来实现交互,这要求使用者记住大量的命令语言,门 槛很高。伴随着图形界面和鼠标的出现,计算机进入个人 PC 时代,通过使用鼠标加键盘, 结合“点/敲击、滚动、拖拽”等动作,使用者可向电脑发布指令以实现互动。而在手机时 代,伴随交互平台从按键手机向触摸屏手机发展,人机交互模式则经历了从“实体按键+按 键输入”(按键输入)到“触摸屏/虚拟按键+轻拍/滑动/缩放”(触控输入)的转变。

元宇宙时代,VR/AR 或成为新一代计算平台,交互方式不断丰富。VR 设备为用户带来虚 拟世界中的沉浸式交互体验;AR 设备则通过将虚拟对象“叠加”到现实世界中,为用户带 来真实世界和虚拟世界相融合的交互感受。相较于 PC 和手机,VR/AR 设备在交互模式上 有以下变化:

1) 屏幕互动转向空间互动。无论是 PC 还是智能手机,人们都只能和虚拟世界实现基 于显示屏的 2D 画面互动,而 VR/AR 设备通过使用计算技术构建三维场景,可为用 户提供基于立体空间的 3D 交互。

2) 从 CLI、GUI 交互转向 NUI 交互。相较于主机的命令行界面(CLI,Command Line Interface)和个人 PC 及手机的图形界面(GUI,Graphical User Interface),VR/AR 设备使用自然用户界面(NUI,Natural user interface),通过手势、眼动等一系列更 加自然的人机交互。

ARVR 设备以后,脑机接口技术可能成为下一代人机交互技术,交互方式向更微观的肌电、 神经电等方向发展。目前,Neuralink、Ctrl-labs 等公司均已积极布局脑机接口领域,对大 脑的认知已经有了一定的积累。对于这些公司来说,对大脑结构和其对应的功能的认知、 以及电极等材料学上的研发是技术核心。虽然这些公司已经对这些核心技术有了初步应用, 脑机接口平台的成型仍需要长时间的等待。

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交互方式的升级,需要更多样信息的支撑。随着人机交互由 2D 走向 3D,交互方式逐渐多 样化,向人类本能发展,手势交互、姿势交互、眼动交互、语音交互,甚至结合生物信号、 周围环境交互的方式不断进化,这对更多种类的信息提出了要求,用户运动类、生物类信 息,以及其他环境信息都将为人机交互提供底层支持。

大量信息需求为运动类、生物类、环境类各型传感器提供增量机会。当前苹果手机、手表 广泛运用多种运动、生物型传感器,与之对比,VR 爆款产品 Oculus quest 2 头显仅搭载了 4 颗黑白摄像头,手柄配备了两组陀螺仪加速度计传感器。未来,为实现更深度沉浸和更便 捷交互,测距摄像头、眼动追踪摄像头、精细化压力传感器,甚至生物型、环境型传感器, 都将逐渐配备。

机会 1:追踪模式升级,摄像头种类、数量持续提升。当前主流 VR 设计大都搭载了 4 颗黑 白摄像头用于追踪头手 6DoF 移动。未来,为实现眼动追踪和全彩混合现实功能,眼动追 踪摄像头、全彩摄像头、ToF 摄像头等都可能将在头显上搭载。

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机会 2:3D 重建、全身动作捕捉带来更多传感器应用需求。为了在虚拟世界中精确重构现 实空间与物品, iToF、双目、dToF、LiDAR、工业三维测量技术等 3D 感知视觉技术应用 空间广阔。同时,各类全身动作捕捉技术也都需要传感器的支持。比如通过读取神经肌肉 信号和运动惯性信号的动作捕捉装置,需要肌电图(EMG)传感器、机械肌图(MMG)传 感器、超声肌图(SMG)传感器以及加速计、陀螺仪、磁强计、振动传感器配合工作;而 红外追踪等装置也需要配备红外光、无线电磁发射和接收器的支持。

机会 3:视觉、听觉、触觉、温觉多重沉浸为传感器打开想象空间。为了提供更具有临场感 的沉浸式体验,视觉、听觉、触觉、温觉等对传感器提出了不同要求。比如沉浸声场要求 音频跟随着场景变化和人的运动进行切换,精细化触觉手套要求能够读取人手部动作与压 力,并根据虚拟场景进行反馈。每一类沉浸式模拟都对传感器和对应的执行器打开了想象 空间,也提出了全新要求。

机会 4:“元宇宙+健康”为生物型传感器带来机会。Meta 等在游戏、社交、办公之外,同 样为消费者规划了“健康+健身”相关应用。参考 Apple Watch,为实现血氧、心率甚至血 糖的非侵入式测量,需要搭载各类 LED、晶体电极、光电二极管传感器。我们认为未来随 着“健康+健身”类应用的发展和人们各类生物信息,如血压、心率、体温在内容加工中的 应用,生物型传感器也将迎来成长机会。

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方向 4:元宇宙时代光模块和边缘计算有望迎来快速增长

通信是元宇宙发展的重要基础设施。针对元宇宙“低时延、沉浸感”的特征,5G 的高速率低 时延支持元宇宙的大量应用创新。未来 6G 时代网络与计算深度融合发展,将实现云边端的 高效协同,为用户带来极致体验。光模块作为传输的基础,将从 400G 向 800G 迭代以满足 网络带宽的持续增长及实现网络架构的平稳过渡;边缘计算则作为算力的主要承担部分, 根据 GIA 的数据,全球市场规模将从 2020 年的 34 亿美元增长至 2026 年的 152 亿美元。

5G 融合云边端构筑构建计算网络基础设施,助力 VR/AR 行业普及

通信是支持元宇宙发展的重要基础设施。移动通信自 20 世纪 80 年代发展以来,经历了 1G 的模拟语音时代、2G 的数字语音时代、3G 的图像网络时代、4G 的视频网络时代,到如今 的 5G 万物互联时代,传输速率提高的同时也丰富了应用场景。5G 时期峰值速率可达数十 Gbps,提供了 eMBB(增强移动宽带),mMTC(大规模物联网)及 URLLC(低时延高可 靠连接)三大场景。

5G 的高速率在网络上保障了 VR/AR 数据传输的稳定性。5G 提供 1Gbps 的用户体验速率、 数十 Gbps 的峰值速率,相比 4G 实现了近百倍的提升。大宽带、高传输速率有利于 8K 及 以上超高清内容的实时传输和播放,有效解决当前 VR/AR 因网络传输速率低所导致的内容 质量不佳、画面不清晰问题,可极大提升用户的沉浸感和使用体验。

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5G 低时延减少了 VR/AR 眩晕等难题。5G 能够提供 1ms 的空口时延及 ms 量级的端到端时延。5G 通过将用户面网元及 业务处理能力下移到网络边缘,实现了分布式的业务流量本地处理,避免了流量的过度集 中,从而大大降低了对核心机房和集中网关的规格要求。同时边缘计算也缩短了回程网络 的距离,降低了用户报文的端到端传输时延和抖动,使得云 VR 等超低时延业务在移动网络 的部署成为可能,减少因时延而导致的用户眩晕等问题。

“通信网络”向“算力网络”演进以实现云边端高效协同。元宇宙对算力提出了更高的要 求,为了满足未来网络新型业务以及计算轻量化、动态化的需求,网络和计算的融合已经 成为新的发展趋势。6G 网络将对内实现计算内生,对外提供计算服务,重塑通信网络格 局。在网络和计算深度融合发展的大趋势下,网络演进的核心需求需要网络和计算相互感 知,高度协同,算力网络将实现泛在计算互联,实现云、网、边高效协同,提高网络资源、 计算资源利用效率,进而实现实时准确的算力发现、服务灵活动态调度、用户体验一致性。

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光模块及边缘计算在元宇宙推动下快速增长

超大带宽发展下光模块向 800G 迭代。光模块作为云-边-端高速网络传输的基础,为了满足 元宇宙下网络带宽的持续增长及实现网络架构的平稳过渡,未来将由 400G 向 800G 硅光模 块迭代。根据中际旭创官网,公司将根据产品类型和客户需求,在 2021 年第四季度或 2022 年第一季度陆续进行 800G 产品的批量生产。根据 LightCounting 的数据,如果全球局势能 够保持稳定,预计光模块市场将从 2020 年的 80 亿美元增加到 2026 年的 145 亿美元,CAGR 达 10.42%。

算力网络下边缘计算市场快速增长。传统的集中式云计算受到带宽及计算资源的限制,随 着计算和存储等资源下沉至边缘节点,未来的网络架构将更趋于分布式边缘计算,各科技 巨头纷纷布局。亚马逊于 2019 年发布 AWS Local Zones 及 Wavelength 两个新型云基础 架构模型,使数据处理更接近边缘;微软于 2020 年初推出了 Azure Edge Zones,以扩大 其在边缘计算领域的影响力。未来在元宇宙时代算力快速增长的推动下,边缘计算的需求 将持续增长。根据 GIA 的数据,全球边缘计算市场规模在 2020 年达到 34 亿美元,预计 2026 年将达到 152 亿美元,2020-2026 年 CAGR 达 28%。

元宇宙行业专题研究:元宇宙投资,半导体先行

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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