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金准产业研究 “数字孪生”城市发展趋势研究报告 2019-12-13 20:10:20


前言

就在上个月底,“千年大计”雄安新区数字孪生城市建设传来前方消息。雄安新区首席信息官张强说,雄安智能城市与物理城市同步进入了大规模开工建设阶段,目前正在全力打造智能城市“一个中心、四个平台”基础设施体系。也就是说,雄安新区数字孪生城市的“数据基底”正在成型。自2017年启动以来,雄安新区就寄托了国人对大国复兴背景下“数字之都”的期待,什么样的城市治理方案能够匹配得上“千年大计”?“数字孪生城市”应运而生。

其实,除了雄安新区,包括北京市通州副中心、南京江北新区、重庆两江、贵州贵阳等众多城市和地区的“数字孪生城市”基础设施建设和落地应用已经如火如荼的推进。半年前,中国工程院院士倪光南在2019数博会“数字孪生城市建设与产业创新全球峰会”上说:“这个题目目前来讲我在全国第一次见到,甚至全球可能也是第一次,相信会引领以后的潮流。”潮流比想象中来得更快。“数字孪生”概念诞生不到十年,“数字孪生城市”的说法也是2017年才出现,而就在短短一年多的时间后,“数字孪生城市”方案和模式已经如“雨后春笋”般在我国多地涌现。在产业层面,“数字孪生城市”的热度可谓升级到了“白热化”。不仅阿里、百度、腾讯、阿里、京东等互联网巨头、通信巨头纷纷牵头构建生态;众多安防大佬、AI独角兽、系统集成商也一头扎进各地的数字孪生“盛宴”中;甚至,在AR/VR热潮时代演进来的空间信息领域创业公司也借此找到了等待已久的“金矿”。在资本方面,2019年以来,我国多支“数字孪生”概念股涨停;阿里巴巴、启迪金控、中信建投等都向相关公司投入过亿投资;深耕“数字孪生”的超图公司、51VR、泰瑞数创等多家空间信息创企也在今年获得多轮融资,其中有不少过亿。然而,或许因为一切发展得太快,市场和传播场中的“熵”偏高,即使是业内人士也不乏对“数字孪生城市”表示心存困惑。这个话题在被政企资学各界频频提及的同时,也令很多人眉头一皱,“不太明白”。那么,热炒的数字孪生城市究竟是什么?不同的智能城市解决方案中出现的“数字孪生城市”是真正的创新还是“营销噱头”?它和智慧城市又有什么区别和联系?

一、数字孪生本身而来的分野

一般认为,“数字孪生城市”概念在我国最早由中国信通院的研究人员提出,并在2018年被写入雄安新区规划纲要中。中国信通院高艳丽教授回忆当时的场景:“在雄安项目需求的倒逼下,团队压力比较大,背后做了很多工作,最终,才决定将工业领域的“数字孪生”概念运用到城市治理领域,没想到正好契合了雄安数字之都的需求。”那么工业领域的“数字孪生”又有什么由来?在背后,有一个小故事。国内最早接触数字孪生的人大多认为,这个概念是美国学者Michael W. Grieves在2014年提出的。Grieves将数字孪生(Digital Twin)定义为:物理产品或资产的虚拟复制。此复制实时更新,或尽可能定期更新,以尽可能地匹配其真实世界。Grieves曾说“数字孪生”概念最早由他在2003年密歇根高管培训会上就提出,但可考的书面证据又指向另一种可能——数字孪生”概念最早出现于2011年美国空军研究实验室的相关文献上,用以解决战斗机的机体维护问题。而后又被美国通用电气、德国西门子等企业用于工业。注意,这个故事表面上是关于概念首创的争议,背后却是不同理念的分野。Grieves的“数字孪生“更强调仿真、建模特征,例如海尔的透明工厂的数字孪生,侧重的就是管理现场的重现;而美国国防部把数字孪生体看成降本增效的工具,却不太强调建模载体本身。“数字孪生”概念本身的暧昧,为我国“数字孪生城市”的流派之争埋下了伏笔。

二、两派争鸣:仿真派 VS 数据派

在雄安新区打响“数字孪生城市”建设的第一枪之后,一阵“数字孪生城市”的浪潮在全国范围内铺开。

互联网、通信、安防、AI、大数据、AR/VR等各行各业的厂家也推出自己的数字孪生城市方案、相关技术和应用模块,比如阿里城市大脑加持的“数字孪生城市”、华为的“5G+AI,开启智慧城市孪生新时代”、科大讯飞的数字超脑、51VR的51City OS等等。从方案中展现的理念的分野来看,我国数字孪生城市可以大致分为“仿真派”和“数据派”。

2.1仿真派

当城市突发火灾,难以预料的火情和复杂的路况使消防员的工作难度加大。这时候,如果在计算机上有一个和现实大楼一模样的三维数字模型,消防员就可以在模型上进行模拟救灾,从而更有把握地精准救灾,避免许多无辜的死伤。这背后就是“仿真派”的思维方式。我国“数字孪生城市”概念诞生之初更接近“仿真派”。根据信通院《2018数字孪生城市白皮书》,数字孪生城市可以理解为:一个信息维度上的虚拟城市,它与物理维度上的实体城市紧密联系。它们俩同生共存、虚实交融,就像一对双胞胎,从而构成城市未来发展形态。因此,在“数字孪生城市”方案中,需要在已有的智慧城市框架上建立一个关键的“城市信息模型平台”(CIM)。这个具有城市语义信息的“三维模型”需要基于新型测绘、标识感知、虚拟现实、模拟仿真等技术对城市数据进行采集,进而实现城市的三维重建。“仿真派”数字孪生城市的兴起为前几年VR/AR热潮中诞生的空间信息厂商们带来了新的契机。GIS领头企业超图公司推出国内首个三维空间数据规范标准,泰瑞数创发布实景世界云平台“Smart Earth”,51VR推出的“51City OS”推出五个月落地十余座城市……51VR数字城市事业部负责人刘晓伦告诉我们,实现数字孪生简单来说分为三步,首先需要将物理空间的非结构化数据感知并翻译为一组数据,然后通过建模将数据还原映射,形成一个孪生的物理模型,最后利用AI算法技术对相关信息进行解析,指导决策。51VR早就将空间构建和还原技术应用于自动驾驶领域,而后,又在雄安新区建设中与京东数科公司合作建设雄安数字孪生城市,在深圳坂田、东莞松山湖园区与华为合作推出数字孪生园区。刘晓伦说,将空间重建技术从自动驾驶训练仿真场景迁移到数字孪生城市领域,其实算得上是技术的降维,因为精度会相对低很多。

作为一个完整的宏大的规划蓝图,“仿真派”的数字孪生城市概念一诞生,就因形象简明的定义、明确可执行的步骤被广泛传播和认知,并得到各地政府、企业的认同。工信部4月26日在关于加强质量品牌建设支撑制造业高质量发展的实施意见(征求意见稿)》提出,“推进数字双胞胎技术应用,推广可靠性仿真、质量波动仿真等模型和方法。”数字双胞胎也就是数字孪生。但是,随着实践的深入,一些地方和企业将数字孪生仅简单地理解为建模、仿真甚至于CAD(一种专业的3D制图软件)等,这就容易形成“只见树叶,不见森林”的局限,从而阻碍城市治理方式的进一步升级和效率的提升。

2.2数据派

数字孪生就是“仿真”吗?答案在一些厂家那里肯定是否定的。在阿里的《城市大脑探索“数字孪生城市”白皮书》中更强调的是“城市大脑”,大华在其HOC城市之心数字孪生方案中侧重其“DAHUA GAIA”大数据平台,佳都科技等企业的“数字孪生”中甚至全然没有提到重建、仿真等要素。这类企业大致认同,将城市数据通过大数据、计算机视觉技术充分感知、挖掘,从而在互联网空间塑造一个数字层面的城市,就是“数字孪生”,而实景重现、建模并不是必须的,我们暂且称之为“数据派”。旷视科技城市大脑产品副总裁那正平说:“数字孪生城市建设中涉及一个世界、两个空间和大量数据。目前,‘互联网空间’中的数据已经被挖掘地比较充分了,实现了很好的孪生;但是“物理空间”的视频等数据还有高达95%没有被用到,如果把这些数据挖掘出来,就能够大大提高物理空间的数据孪生程度。”那正平认为,仿真在一些局部场景中会用到,比如仓储物流、社区或园区管理等;但对于很多场景来说,VR/AR、实景重现是伪需求,如果空间中的数据无法很好地被感知,空有一个三维模型是没用的。金准产业研究团队认为,数字孪生城市“数据派”更加强调现实世界的“感知”环节,认为需要对全域数据进行实时感知,从而提高城市的“数字孪生”程度。“数据派”倾向于通过数据中台、计算机视觉算法等技术来加持城市治理操作系统,从而使城市治理系统发挥指导决策作用,而非强调3D模型仿真。

“数据派”对数字孪生城市的诠释能使人们跳出“模拟仿真”的狭隘的桎梏,进而扩大“数字孪生城市”概念的外延,使这个概念在更大范围被接受。但问题在于,如果将数字孪生城市的概念外延无限扩大,将会使概念失去本身的意义。换句话说,人们可能会困惑和混淆,“数字孪生城市”和“智慧城市”的区别是什么呢?如果没有太大的区别,这个概念也就很可能成为一个“噱头”,只剩下营销意义。其实,数字孪生城市“仿真派”和“数据派”并非真正的对立关系,而是存在自己的特定语境。“仿真派”的数字孪生出现在概念产生之初,“三维建模”特征自然成了“数字孪生”最明确、最显性、易切入,因此也成为广为流传的记忆点;而当业界对数字孪生城市概念已经有一定的熟知度时,“数据派”的观念的出现,则提醒大家不要陷入“形式主义”陷阱,从而忽略了数字孪生城市背后的数据驱动本质。

三、共同点:智慧城市的延展

金准产业研究团队认为,虽然“数字孪生城市”的两大流派具有不同的特征,但它们本质上持有一个相近的理念:通过城市全域数据的实时可视化,挖掘数据的最大价值。简单来说,在这一理念支持下,数字孪生城市有以下三大功能。1、全息动态感知。当特定地域、行业中的数据被采集在一个平台中,进而实现可视化,能使城市治理者“看得更全”;实时或者定时的数据采集、感知则使城市治理者能够“看得更及时”。比如,城市管理者可以更加便捷地了解到城市交通早晚流量差异、城市区域人口热力对比、火灾现场的路况和火况等情况。2、实时诊断。当某些地方出现异常情况,通过AI等技术对采集数据的结构化分析,数字孪生城市系统将能够实现实时报警、诊断事件因果等功能。比如,当街道上发生交通事故时,数字孪生城市系统能够通过监测车辆状态,结合前后时段、周边位置其它人、车、物的实时状态判别事故原因。3、决策建议。当日常的数据被有序地存储和治理,通过知识图谱等技术,数字孪生城市系统能够根据模拟城市的情况,给出日常治理和应急事故中可以采取的措施,以及预测未来城市的面貌。比如,当需要建立新的学校、医院等基础设施或者为电动车充电桩选址规划时,城市治理者可以利用数字孪生城市平台进行规划设计。数字孪生城市的诞生背后具有强大的技术驱动力,涉及云、边、网、端等多方面。

 

中国信通院《2019数字孪生城市白皮书》:数字孪生城市总体架构

我国云计算技术巨头广布且实力居于世界前列,云边协同技术日益成熟,5G、微波、光纤连接等通信技术互为补充,这都为海量城市大数据的存储、传输和治理提供了硬基础。同时,我国的计算机视觉、机器学习、自然语言处理等人工智能技术迅速迭代,也大大赋能数字孪生城市的建设。在物联网端方面,我国智能安防产业的蓬勃发展为数字孪生城市创造了得天独厚的契机。根据国际权威信息服务机构IHS Markit前几天发布的报告预测:截至2021年,全球将部署10亿个安防摄像头,其中,我国的安装数预计达到5.6亿多个。

四、安防企业该如何存在?

有人说,“数字孪生城市”是安防行业的升级和延伸,那么在新的升级战场中安防企业扮演着什么角色呢?在传统安防时代,安防摄像头获取的视频图像只需要存储起来,待需要的时候进行查看,因此掌握安防摄像头及视频编解码技术的安防企业占据绝对优势地位,并在过去近20年里收获了上千亿市场红利。金准产业研究团队认为,随着数字化、智能化时代的到来,视频的获取和存储只成为视频信息流末端的一环。当视频数据被获取后,还有结构化分析、数据治理、仿真重建等众多环节,也涉及多个行业的玩家。具体来说,交通、财务、公安等各个垂直领域视频数据在被采集后需要进行结构化解析等处理,进而在“数据中台”汇聚并进行治理,最后数据通过知识图谱、联邦学习等技术应用到交通、财务、公安等各个垂直领域。在这个过程中,涉及到的玩家既有云服务商、通讯巨头、运营商、系统集成商,又有新兴的AI企业、大数据公司、VR公司等等。各行各业的玩家纷纷入局“数字孪生城市”盛宴,承担不同的角色。向产业链下游,五大运营商以及一些系统集成商充当项目总包方;向上,阿里、华为、百度、腾讯、京东等具有云计算、通信技术等多项整合硬实力的巨头成为生态的牵头者;再往产业链更上游,安防企业则随AI创企、大数据公司、系统厂商、三维建模厂商等在各自的垂直领域各司其职,同时相互渗透。在一片市场纷乱中,敏锐的安防企业意识到安防不再是原来的安防,安防企业也需要根据大势重新自我定位。宇视科技CEO张鹏国说:“5G+AIoT时代的安防只是‘可视化治理’的场景之一,业务和终端场景化对架构提出强劲挑战,需要强大的中台能力,包括数据中台和业务中台。”

面对“数字孪生城市”等新城市治理发展趋势,不同的安防企业有不同的打法。海康威视的打法是以AI Cloud为核心技术框架搭建城市统一的智能感知网从而构建数字孪生城市,建立统一的城市大数据平台,对标通信巨头华为公司;大华股份则发布DAHUA GAIA大数据平台,倾力打造一张数据在线网络、一个视图智能引擎、一个智能数据引擎和一个业务使能平台,以及一套架构支撑数据在线、价值计算和业务应用。而宇视科技的打法则略有不同,宇视科技错开与海康威视和大华股份的竞争,转而和阿里巴巴达成就“数据中台和业务中台”的“双中台战略”,以此通过出圈寻找互补的合作伙伴在“数字孪生城市”的盛宴中分一杯羹。深耕自己擅长的垂直行业也是安防行业玩家的一种打法。例如,深耕交通行业的佳都科技的数字孪生方案把对现实世界的全息刻画和洞察应用到城市交通领域,利用自己在轨交等行业多年的经验积淀,促进各个业务系统数据互通、业务联动。安防在这场“数字孪生城市”的盛宴中仍然扮演了主要的参与者,为数字城市蓝图的实现奠定坚实的软硬件基础,承担不可或缺的责任。

结语:数字孪生成智慧城市发展快车道

随着数字孪生城市概念的传播和相关项目的落地,业界对数字孪生城市的理解也出现了“仿真派”和“数据派”的不同分野。分野存在的意义不在于争议本身,而是让“数字孪生城市”事业在形式和内容、理想和现实的天平两端能保持平衡。金准产业研究团队认为,即便业界对“数字孪生城市”的定义仍不统一,但不可否认的是,“数字孪生城市”就是要通过城市全域数据的实时可视化,在互联网数字空间中形成物理世界的映射,从而挖掘数据的最大价值。“数字孪生”城市作为一个“智慧城市”主题下相对完整而可感的阶段性规划目标,获得了政、商、资、学各界的支持,有望进一步促进整个智慧城市的产业链的整合,进而促进我国城市治理方式的数字化、智能化变革。当5G及AIoT的时代滚滚洪流扑面而来,安防企业作为城市治理这片土地的原著民,仍然扮演着重要的参与者和奠基者。然而,在这片苍莽的新战场中,安防企业能否快速适应并拨得头筹,还需要根据自身的情况做出正确的战略抉择,在AI与物联网浪潮来临前“学会游泳”,形成自己不可替代的优势。

面对“数字孪生城市”等新城市治理发展趋势,不同的安防企业有不同的打法。海康威视的打法是以AI Cloud为核心技术框架搭建城市统一的智能感知网从而构建数字孪生城市,建立统一的城市大数据平台,对标通信巨头华为公司;大华股份则发布DAHUA GAIA大数据平台,倾力打造一张数据在线网络、一个视图智能引擎、一个智能数据引擎和一个业务使能平台,以及一套架构支撑数据在线、价值计算和业务应用。而宇视科技的打法则略有不同,宇视科技错开与海康威视和大华股份的竞争,转而和阿里巴巴达成就“数据中台和业务中台”的“双中台战略”,以此通过出圈寻找互补的合作伙伴在“数字孪生城市”的盛宴中分一杯羹。深耕自己擅长的垂直行业也是安防行业玩家的一种打法。例如,深耕交通行业的佳都科技的数字孪生方案把对现实世界的全息刻画和洞察应用到城市交通领域,利用自己在轨交等行业多年的经验积淀,促进各个业务系统数据互通、业务联动。安防在这场“数字孪生城市”的盛宴中仍然扮演了主要的参与者,为数字城市蓝图的实现奠定坚实的软硬件基础,承担不可或缺的责任。



金准产业研究 麦肯锡报告分享:2030年,哪些行业会衰落? 2019-12-12 18:15:23

前言

我们生活在技术驱动的世界,这是一个充满希望,也充满挑战的世界。那些自动驾驶汽车、X光识别器、响应客户服务咨询的算法,都是强大的新型自动化的表现。然而,尽管这些技术提高了生产力并改善了我们的生活,但它们的应用将取代人类目前从事的某些工作活动——这引起了公众的广泛关注。

2017年1月关于自动化报告的基础上,麦肯锡全球研究所发布了报告《失业与就业:自动化时代的劳动力转型》,评估了到2030年,在不同情况下可能创造的工作岗位的数量和类型,并将其与可能被自动化所取代的工作岗位进行了比较。

研究结果显示,未来几年,职场可能会发生诸多变化,将对劳动力技能和工资产生重要影响。我们的重大发现是,到2030年,尽管在大多数情况下,可能有足够的工作来维持充分就业,但这次自动化浪潮带来的转型将是非常具有挑战性的——与之前农业和制造业的转型规模相当,甚至超过之前的规模。

一、自动化将对工作产生什么影响?

我们以前发现,在全球范围内,大约有一半的活动在理论上可以用现有的技术实现自动化。只有少数(低于5%)的职业可以完全自动化。然而,在 60% 的职业中,至少有三分之一的工作内容是可以自动化的。这意味着对所有工人而言大量的工作环境会因此而改变。

虽然自动化技术的可行性很重要,但它并不是影响自动化普及速度和程度的唯一因素。其他因素还包括:开发和部署特定用途的自动化解决方案的成本;劳动力市场动态(包括劳动力的质量和数量及相关薪资);除替代劳动力之外,自动化的其他好处;以及监管和社会认可度。

考虑到这些因素,我们的新研究估计,到2030年,全球工作时数有近0%至30%可能实现自动化,数值范围取决于自动化的普及速度。这个估算主要基于,我们采取自动化普及情况的中点值,即当前活动中15%的自动化。结果反映了目前由工人完成的各项工作和现行工资率,不同国家的结果会有较大差异。

金准产业研究团队认为,自动化对就业的潜在影响在不同行业和职业间会有差异。影响最大的是可控环境下的体力劳动,比如操作机器和准备快餐。收集和处理数据也可以利用机器更好更快地完成。这可能会取代大量的工作,比如抵押贷款发放、律师助理、会计和后勤工作。

但是,需要注意的是,虽然有些工作可以自动化完成,但这并不意味着就业会因此减少,工人可能会去执行新的任务。自动化对管理岗位、专业性强和需要与人打交道的工作影响较小,因为在这些岗位机器的表现目前还无法与人相比。在不可控环境下的工作,比如园艺工人、水管工、儿童和老年人的看护人员等职业,这些在 2030 年的自动化程度也不会太高。因为一方面,这些工作很难实现自动化,另一方面,这类岗位薪资较低,而自动化成本又相对较高,因此推动这类劳动岗位自动化的动力较小。

二、未来哪些行业的就业机会更多?

被自动化取代的工作很容易识别,而间接由技术进步创造的新工作,由于分散在不同的部门和地区,就没那么容易被发现。我们针对一些潜在的新劳动力需求进行建模,在2030年以前,这些需求可能会促使创造新的就业机会,甚至是形成自动化网络。对于以下前三种趋势,我们仅根据各国当前的支出和投资趋势,对趋势线的走向进行建模。

2.1收入和消费(尤其是新兴经济体领域)的增加

我们先前估计,全球消费在2015年至2030年期间可能增长23万亿美元,其中大部分将来自新兴经济体的消费阶层。这些新的消费者影响的不只是自己国家,还有向他们出口商品的经济体。从全球来看,我们估计,仅仅从收入增加对消费品的影响中,就可以创造2.5亿到2.8亿个新的就业机会,而从更高的卫生和教育开支中创造的就业机会多达5000万至8500万个。

2.2人口老龄化趋势

2030年,65岁及以上的人口将比2014年增加至少3亿。随着人们年龄的增长,他们的消费模式也发生了变化,医疗和其他个人服务的支出明显增加。这将为包括医生、护士和其他医护人员在内的一系列职业创造新的需求。到2030年,人口老龄化带来的医疗保健及相关岗位可能会增加5000万至8500万。

2.3技术发展和应用

与新技术开发和部署相关的工作也可能增加。在2015年至2030年期间,与科技相关的总支出预计会增加50%以上,大约有一半的人将从事信息技术服务。与医疗保健或建筑业相比,从事这些职业的人数较少,但他们从事的是高薪职业。到2030年,我们估计这一趋势将在全球创造2000万到5000万个就业机会。

在接下来的三个趋势中,基于政府、商界领袖和个人在创造更多就业机会上的明确选择,我们对趋势线的走向和在某些领域进行额外投资的上升走向进行建模。

2.4对基础设施和建筑的投资

基础设施和建筑是历史上两大低支出领域,如果能够加强基础设施建设,缓解住房紧缺,可能会产生大量额外的劳动力需求。在自动化普及速度相对缓和的趋势线走向下,新需求可能会创造多达 8000 万个就业岗位,而如果加速投资,在自动化普及迅速的情境下,还可以增加两亿就业机会。这些工作包括建筑工人、工程师、电工、木匠和其他技工。

2.5对可再生能源、能源效率和气候适应的投资

对风能和太阳能等可再生能源、节能技术、以及适应和减缓气候变化等领域加大投资,可为包括制造、施工和安装等一系列职业的工人带来新的就业需求。在自动化发展较缓慢的情景下,这些投资可创造多达1000万个新的就业机会;而如果发展迅速的情况下,将有额外多达1000万个(即共2000万个)新的工作岗位。

2.6对原有无薪酬家务劳动的市场化

金准产业研究团队认为最后一种趋势是为替代目前未支付的、主要是家务劳动的服务支付报酬。这种所谓的“无薪工作市场化”已经在发达经济体中普遍存在,全球女性劳动力的增加将加速这一趋势。我们估计,这可能会在全球创造5000万到9000万个就业岗位,主要是在诸如幼儿保育、儿童教育、清洁、烹饪和园艺等职业。

观察以上所有国家就业率的净变化,自动化时代就业增长率最高的类别包括:医疗服务者;工程师、科学家、会计师和分析员等专业人员;信息技术专业人员和其他技术专家;机器无法取代的经理和管理人员;教育工作者,特别是年轻人口的新兴经济体的教育工作者;“创意人”,这是包含艺术家、表演者和演艺人员的一种规模不大但不断增长的类别,随着收入的增加,人们对休闲和娱乐的需求也会增加;建筑商和相关行业,特别是在基础设施和建筑方面的投资增加的情况下;工作环境多变不可控的手工和服务工作,如家庭保健助理和园丁。

即将到来的劳动力转移规模可能非常大,金准产业研究团队预计将有0.75亿到3.75亿人口需要转换职业并学习新技能。

净职业增长或下降的变化意味着,在未来几年中,大量的人可能需要转换职业类别并学习新技能。这种转型的规模,可能是自20世纪初美国和欧洲的劳动力从农业转型之后所从未见过的,最近在中国也是如此。

金准产业研究团队估计,到2030年,在自动化发展速度分别相对较慢和迅速的情况下,全球将有4亿到8亿人因自动化而失业,需要在世界各地找到新的工作。根据我们对未来劳动力需求的设想和自动化发展的净影响,将有新的就业机会产生,下一节将对此进行描述。

然而,人们需要找到自己的工作方式。在失业人口中,在最早应用自动化的情境下取中值,7500万到3.75亿人需要转换工种,学习新技能;然而,在自动化发展相对缓和的情景(趋势情景)下,这个数字将非常小——不到1000万。

在自动化得到迅速应用发展的情况下,从人口数量来看,中国将面临最大规模的就业变迁——最多可达1亿人,即占2030年劳动力的12%。虽然这看起来是一个很大的数字,但与过去25年中从农业中转型的数千万中国人相比,这个数字相对较小。

对于发达经济体而言,可能需要学习新技能并在新的职业中找到工作的劳动力所占比例要高得多:2030年,在美国和德国,这一比例高达1/3,在日本则接近一半。

三、未来是否会有足够的工作岗位?

3.1劳动力市场变化

今天,由于自动化发展潜力,人们越来越担心,未来是否会有足够的工作岗位。历史表明,这种担心可能是没有根据的:随着时间的推移,劳动力市场会随着技术改革对劳动力需求的变化而调整,虽然薪资有时会很低。

我们通过两组不同的分析来解决这个关于未来工作的问题:一组分析基于对如前面所述的自动化催生新劳动力数量有限情况的建模,另一组分析使用纳入变量之间动态相互作用的宏观经济模型。

根据历史经验,我们预计,2030年,8%至9%的劳动力需求将出现在以前不存在的新职业类型中。

这两项分析使我们得出这样的结论:只要有足够的经济增长、创新和投资,就可以创造足够多新的就业机会来抵消自动化带来的冲击,尽管在一些发达经济体中,需要按照我们的上升情景快速发展自动化,增加额外投资,以降低工作机会短缺的风险。更大的挑战将是确保工人具备过渡到新工作所需的技能和支助。那些未能实现这这一转型的国家可能会出现失业率上升和薪资下降的情况。

3.2今后创造就业的规模的取决因素

根据上文所述的趋势以及自动化对劳动力的影响,今后创造就业的规模因国家而异,这取决于四个因素:

1)薪资水平

更高的薪资使得自动化应用的商业理由更加充分。然而,如果公司采用自动化来提高质量,实行更严格的生产控制,将生产向高薪资国家的终端消费者靠拢,或者除了降低人工成本以外的其他好处,低薪资国家也可能受到影响而积极应用自动化。

2)需求增长

经济增长对创造就业是必不可少的;停滞或增长缓慢的经济体几乎不会创造任何新的工作机会。因此,经济和生产力增长和创新能力更强的国家预计将面临更多的新的劳动力需求。

3)人口数量

劳动力迅速增长的国家(如印度),可能会享受“人口红利”,如果年轻人就业,将促进GDP增长。劳动力不断萎缩的国家(如日本),预计未来GDP增长会更低,而GDP增长的唯一来源是生产力的增长。

4)经济部门和职业的混合

各国的自动化潜力反映了各个经济部门和各部门工作的混合。例如,日本拥有比美国更高的自动化潜力,因为制造业等自动化程度较高的行业的比重更高。

自动化将以不同方式影响各国

金准产业研究团队认为,上述四个因素结合在一起,为每个国家未来的工作创造了不同的前景。日本是富裕的,但到2030年,其经济预计将缓慢增长。它面临的是经济扩张带来的就业增长放缓,以及由于高薪资和经济结构而可以自动化的大量工作。然而,到2030年,日本的劳动力人口也将减少400万。在自动化发展迅速的情况下,考虑到我们今天无法想象的新工作岗位,日本的就业净变化可能大致处于平衡状态。

2030年,美国和德国也可能面临大量工人因自动化失业的情况,但它们预计的未来增长——以及由此产生的新的就业机会——要高一些。美国的劳动力正在增长,在上升情景(快速发展)中,随着创新导致新型职业和工作的出现,这一情况基本保持平衡。到2030年,德国的劳动力将减少300万,而且它将有足够的劳动力需求来雇用所有的工人,即使是在发展相对缓慢的情景下。

另一个极端是印度:一个快速增长的发展中国家,在未来15年中,受到低薪资的影响,其自动化的潜力相对较小。金准产业研究团队根据上述分析发现,在印度,大多数职业类别预计会增长,这反映了印度经济强劲增长的潜力。

然而,到2030年,印度的劳动力预计将增长1.38亿人,即30%左右。按照上升情景模型,印度可以创造足够多的新工作岗位来抵消自动化,并通过进行投资来雇用这些新加入者。

中国和墨西哥的薪资高于印度,因此自动化程度可能会更高。预计中国仍将保持强劲的经济增长,劳动力将不断萎缩;与德国一样,中国的问题可能是工人短缺。墨西哥未来经济增长的预期速度较低,但仍可以在快速增长情景下创造就业,再加上在新的职业和活动中进行创新,以充分利用其劳动力。

3.3失业工人需要尽快重新就业以避免失业率上升

为了模拟自动化对总体就业和薪资的影响,在考虑到自动化和动态交互的经济影响的基础上,我们使用了一种综合平衡模型。自动化至少有三个不同的经济影响。人们最关注的是劳动力的潜在转移。但是自动化也可以提高劳动生产力:只有当企业采用自动化时,他们才能用相同或较少的投入(包括材料、能源和劳动力投入)生产出更多或更高质量的产品。第三个影响是自动化的采用增加了对经济的投资,提升了短期GDP增长。我们对这三个影响都进行了建模,而且还根据历史数据,为失业工人找到新工作的速度设定了不同的情景。

结果表明,在几乎所有情景下,报告所关注的六个国家(中国、德国、印度、日本、墨西哥和美国)预计将在2030年达到或接近充分就业。然而,该模型也说明了快速重新雇用失业工人的重要性。

如果失业工人能够在一年内重新就业,我们的模型显示,自动化将推进整体经济:无论从短期还是长期来看,充分就业都能得到维持,薪资增长快于基线模式,生产力更高。

然而,在一些失业工人需要数年时间才能找到新工作的情况下,短期到中期内失业率会上升。劳动力市场随时间调整,失业率下降,但平均薪资增长放缓。在这些情况下,2030年的平均薪资最终将低于基线模型,这可能会抑制总需求和长期增长。

麦肯锡全球研究院(McKinsey Global Institute)发布《失业与就业:自动化时代的劳动力转型》报告,称到2030年,全球将有多达8亿人的工作岗位可能被自动化的机器人取代,相当于当今全球劳动力的1/5。即使机器人的崛起速度不那么快,保守估计,未来13年里仍有4亿人可能会因自动化寻找新的工作。

四、自动化对技能和薪资意味着什么?

一般而言,目前对可能增长的职业的教育要求高于对因自动化而取代的工作的要求。在发达经济体中,目前只需要中等或更低程度教育的职业会因自动化而出现净下降,而那些需要大学学位或更高学历的职业则会增长。

在印度和其他新兴经济体中,我们发现劳动力对所有教育水平的需求都在增加,在需要接受中等教育的职业中,新工作的数量最多,但就业增长率最快的将是目前需要大学或高等学历的职业。

未来的工作者将把更多的时间花在机器能力较低的活动上,例如管理工作、应用专业技术、与他人沟通交流等活动。他们将在机器超过人类性能的活动上花费更少的时间,如可预测的物理活动、收集和处理数据。人们所需的技能和能力也将改变——需要更多的社会和情感技能以及更高级的认知能力,例如逻辑推理和创造力。

在那些处于下降趋势的职业上,薪资可能停滞或下降。虽然我们没有模拟不同职业之间相对薪资的变化,但劳动力供给和需求的基本经济学表明,对于劳动力需求下降的职业来说,情况应该是这样。

我们的分析表明,美国和其他发达经济体的大多数就业增长将集中在目前处于薪资分配高端的职业。目前薪资较低的一些职业,如护士助理和助教,也将增加,而大量中等收入职业的就业率将会大幅度下降。

收入两极分化可能会持续下去。政策选择,如增加对基础设施、建筑和能源转换的投资,可有助于创造对中等收入工作(如发达经济体中的建筑工人)的额外需求。

在中国和印度等新兴经济体中,薪资趋势的情况大不相同,我们的情景表明,随着这些经济体的发展,零售销售员和教师等中等收入工作的增长将最大。这意味着他们的消费阶层将在今后的几十年里继续增长。

五、我们如何应对即将到来的劳动力转型?

人工智能和自动化对用户和企业的好处,以及通过其生产力贡献而实现的经济增长,都是引人注目的。它们不仅会促进经济活力,创造就业机会,而且还将有助于创造经济盈余,帮助社会解决无论何时都可能会发生的劳动力转型问题。

面对我们所描述的劳动力转型的规模,一种反应可能是设法减缓自动化普及的速度和范围,以努力维持现状。但这将是一个错误。虽然采用较慢的方式可能会限制劳动力转移的规模,但同时也将减少这些技术对商业活力和经济增长的贡献。我们应该接受这些技术,但也要解决它们带来的劳动力转型和挑战。在许多国家,这可能需要一项关于马歇尔计划规模的倡议,包括持续投资、新的培训模式、缓解劳动力转型的方案、收入补助以及公营和私营部门之间的合作。

各国都将需要处理四个关键问题:

5.1保持强劲的经济增长,支持创造就业

维持强劲的总需求增长对支持创造新的就业机会是至关重要的,同时也是对创业和创新的支持。确保足够的总需求,以及支持商业投资和创新的财政和货币政策将是必不可少的。在某些部门采取有针对性的举措也会有所帮助,例如包括增加对基础设施和能源转换的投资。

5.2规模化和重新设计职业培训和员工技能发展

提供职业培训机会,帮助个人学习适应市场需求的新技能,将是一项关键挑战——对一些国家来说,这是一项核心挑战。在职培训将变得越来越重要,因为这是成功的职业转变所需要的技能组合。企业可以在某些领域发挥领导作用,包括对工人进行在职培训,并为他们提供技能提升的机会。

5.3改善商业和劳动力市场活力,包括流动性

劳动力市场需要更大的流动性来应对我们预期的艰难转型,这包括恢复发达经济体日益衰退的劳动力流动。数字人才平台可以促进流动性,办法是让寻求技能的工人和公司相互配合,并为那些愿意接受这些技能的人提供大量的新工作机会。劳动力市场缺乏弹性的国家的政策制定者可以向那些解除管制的国家学习,例如德国,它将其联邦失业机构变成了一个强大的就业匹配实体。

5.4向工人提供收入和过渡支持

提供收入支持和其他形式的过渡性援助,以帮助失业工人找到有收入的工作是非常必要的。除了再培训之外,还可以采取一系列援助性政策,包括失业保险、寻找工作的公共援助,以及随工转移的福利。

我们从历史上看到,在劳动力转型期间,许多职业的薪资可能会降低一段时间。可能需要更多长期的政策来补充工作收入,以支持总需求并确保社会公平。更全面的最低薪资政策、普遍的基本收入、或与生产率增长挂钩的薪资增长,这些都是正在探索的可能的解决办法。

政府、商业领袖和个体工作者在促进劳动力顺利转型方面都可以发挥建设性的重要作用。历史向我们表明,世界各地的国家在面临巨大挑战时,往往会挺身而出,为其公民谋福利。

然而,在过去的几十年里,支持劳动力的投资和政策受到了侵蚀。经济合作与发展组织(OECD)的大多数成员国的劳动力培训和支持方面的公共支出都有所下降。教育模式在100年里没有发生根本的变化。现在至关重要的是扭转这些趋势,各国政府应将劳动力转型和创造就业作为更紧迫的优先事项。

结语

在工作的作用和意义开始转变的世界中,我们都需要有创造性的远见:金准产业研究团队认为,在未来,我们的生活如何才能有序、有价值。

为适应工作环境变化,企业将走在最前线。这就要求它们重新调整其业务流程,重新评估其人才战略和劳动力需求,认真考虑哪些人需要,哪些人可以调到其他工作岗位,哪里可能需要新的人才。许多公司发现,培训工人并使他们为新的工作世界做好准备,符合企业的自身利益,也是它们社会责任的一部分。

个人也需要为迅速变化的工作未来做好准备。获得所需的新技能并重新设立对工作的世界观,将对他们自身有益。未来对人类劳动的需求会增加,但各地工作者都需要重新思考:他们在哪儿工作、如何工作、带给工作何种才能和能力。


金准产业研究 全球半导体行业新格局分析报告 2019-12-09 19:24:33

前言

根据核心驱动力不同,半导体的发展可以分三个阶段,PC与互联网时代—移动互联网时代—5G+AIoT时代。随时代的发展,半导体呈现出“两个持续”的发展特点,即分工持续细化,产业链持续转移。从传统的IDM(集成器件制造商)到fabless+foundry(无制造业务,只设计芯片厂商),演化出今天主流的三个核心环节,未来IDM厂商仍在进一步分化,fablite是未来轻资产化的大趋势。从产业链转移的角度,前两次发生在日本、韩国、台湾地区,未来随5G+AIoT时代到来,全球半导体产业向国内转移已是当前发展趋势,未来的核心驱动力主要为:AI深度学习、5GSoC、物联网多端互联及异构芯片。

一、三大维度揭秘全球半导体格局

1.1费半指数

费城半导体指数(SOX)的发展阶段反应了全球半导体的走势与兴衰更替。费半指数涵盖全球半导体设计、设备、制造、材料等方向,其走势可以是衡量全球半导体行业景气程度的主要指标。费城半导体指数发行于在1993年12月1日,是衡量半导体景气度的重要指标之一。从费半指数长期历史来看,简单的可以将其划分为三个大阶段。

第一阶段,PC与互联网时代(1994-2009):指数总体呈现周期大于成长的走势,有明显的上下周期性波动。指数最高在2000年达到1362的阶段性高点,但随着互联网泡沫的破灭,随后出现了大幅下滑。技术进步的驱动力来自笔记本电脑以及宽带网络技术,由于处于互联网初期阶段,尚未有较多的统治级公司出现,行业经历了快速的潮起潮落的过程。与此同时,培育诞生了诸多半导体龙头,如三星、Intel、德州仪器等。

第二阶段,移动互联网时代(2009-2018):经历08年全球经济危机后,行业回归长期成长。随着全球半导体产业的充分发展,以及通信技术的快速迭代,指数在这一阶段走出了近10年的长期增长,指数涨幅接近10倍。在这一阶段,主要的驱动力来自移动互联网通信技术的升级(4G),叠加智能手机市场的迅速扩大,全球半导体产值达到3000亿美元以上。在之前微软与英特尔形成的系统与芯片绑定的模式上,安卓与高通在移动端也形成了强大的联盟。芯片产业链中的设计、晶圆制造、晶圆代工、设备、材料等均出现了具有垄断性的公司。

第三阶段,5G与AIoT时代(2018-):目前在半导体产业链各环节中,整体竞争格局相对稳定,集中度普遍较偏高,随着摩尔定律的持续生效,龙头技术壁垒愈发难以被打破。在此阶段,费半指数也在持续创出新高,龙头公司景气度不减。目前处于移动互联网与下一时代的交汇期,当前5G与AI提供的增长动力已经显现,下游端可穿戴设备与物联网已有一定的增长趋势储备了足够的增长动能,叠加随数字货币、区块链等新技术对存储器的增量需求加大,全球半导体产值已突破4000亿元。未来随人工智能、物联网、区块链等技术应用进一步落地,半导体市场份额需求有望进一步增长提升。

 

费城半导体指数至今走势及相关区间核心因素

费半成分股的选取标准为:1)、在纳斯达克股票市场、纽约证券交易所、纽约证券交易所或CBOE交易所上市;2)、主营业务被归类为设计、销售、制造和销售的半导体公司;3)、仍有至少1亿美元的最低市值;4)、在过去6个月中,每股至少可交易150万股。

从费半指数成份股看,全球半导体的核心资产仍集中在美国。为了保证费半指数能密切跟踪半导体市场发展,成份股于每年9月进行评估,通过将符合标准的证券按照市值排名,将市值排列的前30名被成份股。其中:

半导体设计厂商17家:高通、博通、英伟达、AMD、赛灵思、迈威科技等;半导体设备厂商5家:应用材料、拉姆研究、阿斯麦、卡伯特微电子、克里科技;半导体制造厂商2家:台积电,科天半导体;IDM厂商6家:英特尔、美光、德州仪器、恩智浦、Qorvo、Skyworks。从下游应用分布来看,以三星和高通为代表的厂商主要集中在手机和消费电子,以英特尔,博通,AMD为代表的主要集中在PC和通信端。

 

费半指数成分股产业类

 

费半指数成分股所对应的下游应用

1.2IDMfabless+foundry,产业结构持续细化

当前半导体产业链中经营模式主要有三种,fabless与foundry是IDM产业细分的演化产物。当今全球半导体产业有三种商业模式:IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)是传统的半导体模式,即从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业,称为IDM公司;Fabless模式专注半导体内部设计,是将制造过程剥离的结果,技术行业壁垒较相对最高,是芯片更新迭代的主要驱动力;Foundry模式专注于芯片的生产和制造,通常由精密制造产线支撑,而这种新模式出现的标志是1987年台湾积体电路公司(TSMC)的成立。

三种者模式各有优势,未来产业链仍将持续细分。从费半指数成分股的角度来看,目前三种模式下呈现出设计公司占比高,IDM与foundry占比较少且集中度高的局面。从资本投入的角度看,芯片设计所投入的多为人力成本,固定成本较少,竞争门槛相对较低;而IDM与foundry均涉及芯片制造产线,固定资产投入是巨大的。随着分工进一步细化,近年Fablite也趋于流行。Fablite模式由IDM演变而来,是企业为了减少投资风险,轻资产化的一种策略,IDM企业将部分制造业务转为第三方代工,自身保留其余制造业务。目前全球半导体业中Fablite模式盛行,大多数的IDM几乎无一例外地执行这个策略。

 

半导体三种模式的优缺点

1.3全球产业链三次迁移

半导体产业起步于上世纪50年代,在80年前后逐步形成市场规模。1947年贝尔实验室采用锗材料研制出了第一只点接触三极管,奠定了微电子工业的基础,以晶体管的发明为标志,IC产业诞生。60年代中期,仙童半导体将硅表面的氧化层做成绝缘薄膜,发展出扩散、掩膜、照相和光刻于一体的平面处理技术,并实现了集成电路的规模化生产。70年代“摩尔定律”得到同行业认可,相关产品性能快速翻倍。

随着技术迅速提升,资本开支快速增加,垂直化分工是产业链转移的主要原因。半导体行业因具有下游应用广泛,生产技术工序多、产品种类多、技术更新换代快、投资高风险大等特点,叠加下游应用市场的不断兴起,半导体产业链从集成化到垂直化分工越来越明确,并经历了两次空间上的产业迁移。

 

全球半导体的三次迁移

迁移路径由美国至日本再到韩国台湾,演化模式由垂直整合到系统化集成,再到垂直分工。起源美国:垂直整合模式1950s,主要由系统厂商主导。全球半导体产业的最初形态为垂直整合的运营模式,即企业内设有半导体产业所有的制造部门,仅用于满足企业自身产品的需求。

转移日本:系统集成IDM模式1970s,美国将装配产业转移到日本,半导体产业转变为IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)模式,即负责从设计、制造到封装测试所有的流程。与垂直整合模式不同,IDM企业的芯片产品是为了满足其他系统厂商的需求。随着家电产业与半导体产业相互促进发展,日本孵化了索尼、东芝等厂商。我国大部分分立器件生产企业也采用该类模式。

分工转移韩国、台湾地区,代工模式1990s。随着PC兴起,存储产业从美国转向日本后又开始转向了韩国,孕育出三星、海力士等厂商。同时,台湾积体电路公司成立后,开启了晶圆代工(Foundry)模式,解决了要想设计芯片必须巨额投资晶圆制造产线的问题,拉开了垂直代工的序幕,无产线的设计公司(Fabless)纷纷成立,传统IDM厂商英特尔、三星等纷纷加入晶圆代工行列,垂直分工模式逐渐成为主流,形成设计(Fabless)、制造(Foundry)、封测(OSAT)三大环节。

 

半导体产业转移和分工

二、国内半导体产业空间巨大

2.1自给率仍偏低,中高端核心技术仍有较大差距

中高端自给率偏低,全球排名中缺乏中国公司身影。贸易摩擦核心在于半导体技术,自主可控是唯一可行路径。大陆半导体市场在庞大产业需求缺口刺激下产业投资和产出均表现快速增长,但核心技术仍需要长期积累。ICinsights数据显示2019年上半年全球15大半导体公司全部为欧美、日韩和台湾公司,中国大陆没有公司入围。大陆作为全球最大市场却没有巨头公司,表明大陆半导体产业进口替代空间巨大,同时也面临很大的挑战,行业落后是不争的事实。

 

全球前15半导体公司的各自占比

19年排名来看,海思的排名不断提升,从整体水平来看,国内公司尚未形成竞争力。从全球领先企业格局来看,从事存储和逻辑电路的企业相对靠前,与半导体细分行业市场规模匹配。存储以三星、SK海力士、美光为代表,逻辑电路以Intel、博通、高通为代表,晶圆代工以台积电为代表。在这15家半导体厂商中,包括5家美国公司,3家欧洲,3家韩国,2家日本,以及两家中国台湾地区的厂商。这些厂商中,有10家是IDM,4家Fabless,1家晶圆代工厂。

 

2019全球前15半导体公司收入预测及国内对标公司

总体而言,金准产业研究团队预计2019年排名前15位的半导体公司的销售额将比2018年下降15%,比预期的全球半导体行业总销售额下降13%低2个百分点。其中营收波动最大的为SK海力士,2018年营收同比增长了41%,为去年15家中最高,2019年预计同比下降38%。

2.2国内技术逐渐突破,部分细分领域发展进程加快

1)IC设计有望率先突破,未来面临两大制约因素

IC设计少数企业形成突破,有望率先走向一线舞台。IC设计有望率先崭露头角,主要原因有:1、IC设计固定资产投资门槛相对较低,以人力成本降低;2、国内工程师红利凸显,设计人才充沛,人力成本降低;3、目前已有个别企业走向一线舞台,龙头标榜效应明显。根据相关上市公司财报披露,按照营收排名,华为海思目前已在芯片设计领域排名第五,2018年营收增速高达34.2%,在同行中排名第一。但总体来看,设计行业的核心技术仍然在美国,2018年美国占了全球IC设计份额的53%,中国占比为11%。目前大陆IC设计已具备赶超国际公司的能力,未来将涌入更多的公司。

 

国内芯片设计公司数量及增长

 

国内芯片设计销售收入及增长

“一大多小”是国内IC设计现状,EDA和底层架构是未来两大制约因素。国内IC设计企业从2015年起整体数量有了翻倍增长,呈现快速追赶态势,整体营收规模也有了快速增长。值得注意的是,在大部分芯片细分领域,自给率仍然很低,除去华为海思的营收规模超过500亿元外,其余公司收入最高为100亿元,总体概况为一大多小。

在具体业务进行中,主要涉及两大核心关键技术受到国外的制约。EDA设计软件美国的三家公司(Synopsys、Cadence、Mentor)垄断了全球65%和国内96%以上的市场份额,目前国内仅有10家左右公司有相关业务,全球份额占比不足1%。底层架构方面目前主要分为两大阵营:一个是以intel、AMD为首的基于复杂指令集的架构X86架构,在个人PC端占绝对主导;另一个是以IBM、ARM为首的精简指令集ARM/MIPS/Power,在移动设备和物联网设备芯片中占绝对主导,其中在手机、汽车电子及IoT等领域中具备绝对的话语权,ARM架构芯片占手机市场份额约90%。

2)IC制造市场高度集中,设备与材料被国际先进企业垄断

晶圆代工环节和所涉及到的设备材料集中度远高于IC设计,主要原因是制造过程中,涉及到巨大的固定资产投入,若技术无法做到全球领先,在投资周期内很可能无法盈利。晶圆代工方面,整个行业CR3接近80%,台积电占全球市场份额超50%,其次为三星、格芯,国内最大的晶圆代工厂为中芯国际,目前最高技术水平在12-14nm左右,今年随高端光刻机顺利投入产线,未来有望进一步提升技术水平。

设备与材料方面,关键技术被欧美日垄断。半导体设备主要以欧美日企业为主,从分布来看,全球前15的半导体设备企业中,美国4家,日本7家,欧洲3家,韩国1家。从营业收入的角度看,大陆半导体设备公司的市占率非常小,尚未在国际舞台上看到大陆公司的身影。美国的应用材料公司产品几乎包括除光刻机之外的全部半导体前端设备。荷兰的ASML是高端光刻机的全球第一,其研发投入与技术实力国内企业差距甚远。设备行业的整体集中度基本达到了CR3大于90%。

国内设备企业规模普遍很小,技术差距较大。目前国内排名第一为北方华创,2018年营业收入为约4.75亿美元,距离应用材料公司140亿美元的营收有30倍以上的差距,技术节点多数都还比较落后,大部分设备在28nm制程以上,在高端光刻机等核心设备生产仍依赖进口;国内先进企业中,北方华创的刻蚀机、PVD等设备已达到14nm级别,氧化炉已经批量应用于中芯国际、华力微电子、长江存储等厂家;中微半导体刻蚀机的技术水平已经达到77nm,达到国际先进水平。

3)IC封测国内通过并购崛起,已有三家企业进入世界前十

IC封测门槛相对较低,本土厂商逐渐崛起。目前国内已有三家企业进入世界前十,分别是长电科技、华天科技、通富微电,按照市场份额来看,分别排在全球第三、六、七名。由于封测产业对规模化要求较高,相对于设计与代工,国内封测企业目前排名相对靠前,主要采用的方式是加大研发投入以及并购整合。整体行业目前集中度略低于设计与代工,随着并购持续进行,未来集中度有望进一步提升。

2018年全球OSAT(Outsourced Assembly&Test,外包封装测试)前十大厂商市占率超过80%,行业高度集中。因为OSAT与Foundry在产业链上紧密关联,依靠台积电在Foundry市场超过50%份额的垄断地位,台湾地区在OSAT市场也扮演着主导角色。

行业分工细化,OSAT成为主要生产模式,未来先进封装技术是提升芯片效能的增量动力。IDM与OSAT是目前半导体封测产业的两种主要模式。IDM企业芯片产业所有环节均自己完成,OSAT企业仅提供中后段的封装测试代工服务。随着轻资产的设计公司的不断增长,推动OSAT企业快速发展,OSAT+Foundry的模式成为半导体行业发展的主要模式。随着IC设计趋于复杂与制程工艺不断提升,封装环节的技术提升,有望为芯片的性能提供额外的附加值,提高半导体产品价值的同时降低成本。

目前先进封装演进方向主要分为减小尺寸的方向,主要实现方式是FC、Fan-out、Fan-inWLP和Bumping,和异质结融合的方向,主要实现方式是Sip、3D封装和TSV,通过这两类型技术,实现在更小尺寸里集成更多功能,同时实现更高的封装效率。而Fan-out和和Sip系统级封装是目前被公认的在这两个方向上具有最大增长潜力的封装技术。

2.3受益政策支持与资本助力,国内半导体有望取得长足发展

1)以史为鉴,国家政策支持是半导体的必要条件

回顾美日韩成功经验,政府大力支持与基础技术研发必不可少。从全球产业发展的角度看,目前中国正处于世界第三次半导体产业转移的浪潮中,回顾历史美日韩发展的成功经历,离不开政府的统筹规划与资金政策的大力支持,以及对基础技术研发的高度重视。

美国半导体产业自上世纪50年代以来,历经行业起步、发展、全球化,政府扮演着重要角色。起步阶段:半导体技术研发投入大,美国政府通过直接采购和研发资助的方式助力美国半导体公司完成初步积累;发展阶段:70年代后期面临日本的崛起,美国政府通过一系列特殊的税收优惠政策,并从国际政治上对日本进行施压,通过一系列法案建立政府与民间的合作关系;全球化阶段:采取保护性贸易政策打击国际对手,保护本土半导体企业。

日本半导体产业成功的核心因素:政府主导核心企业集体研发+选择正确的发展方向+对基础技术的高度重视。起步阶段:1963年日本电气公司获得美国仙童半导体的平面技术授权,日本政府要求其进行行业内分享,随后诞生了三菱,夏普,京都电气,半导体产业得到快速发展。

发展阶段:八十年代,日本政府决定开发体积更小,性能更强的超大规模集成电路,发起全国范围内规模最大的企业间合作,由日立,三菱,富士通,东芝,日本电气牵头,将大量的精力投入到基础技术中,团队协调与技术融合是成功的关键。从1980到1986年间,日本半导体产业全球市场份额从26%上升至45%,美国为42%。当时在存储芯片领域,日本电气,东芝,日立三家公司份额超过90%。全球化阶段:02年日本政府再次发动技术合作,11家公司共同研发系统级芯片,目前日本在部分细分领域已经做到几乎垄断,sony的coms传感器几乎垄断高端市场,信越化学在半导体材料如硅晶圆,光刻胶等领域占据绝对优势。给我们的启示:首先有明确清晰的规划,其次联合国内企业顶尖人才共同研发避免了大量重复投入,不急功近利,重视基础技术的研发。

2)产业链向国内市场转移,“双增”现象显著

市场总体呈现产业规模与贸易逆差“双增”的现状。我国半导体产业起步时间相比于发达国家落后近30年,但随着市场化进程加快,目前产业规模增速远高于全球增速,连续多年保持两位数以上。可以看出,整体的产业链在向国内转移,同时国内需求也在逐年上升。

 

国内集成电路销售额及增长速度三大细分产业销售额

在产业规模逐渐扩大的同时,半导体贸易逆差也在同步扩大,主要有量,价,技术三方面原因:1,国内工业制造业需求、居民消费需求快速增长,国内需求端增速超过海外市场,尤其对于高端产品的需求增速加快;2,低端产品与中高端价差过大,从进出口商品总价值上看,半导体贸易逆差仍在扩大;3,反应在量价上背后的核心因素是技术的突破不足,由于集中度过高的行业属性,大部分核心技术仍掌握在国外个别公司手里。由于上述原因,我国半导体产业整体仍处于规模大但技术低的阶段。

半导体进出口差额及变化情况

 

全球半导体销售区域分布

3)政策资本大力支持,未来成长空间巨大

国内产业政策长期大力度支持无疑。自2016年以来,国内开始出台了大量政策,包括中央、地方促进第三代半导体产业的发展。在国家集成电路产业投资基金之外,多个省市也相继成立或准备成立集成电路产业投资基金,目前包括北京、上海、广东等在内的十几个省市已成立专门扶植半导体产业发展的地方政府性基金。

多方面资本聚集,为产业发展提供长期支持。半导体行业的投资周期较长,很难在短时间内完成超越,长期的资本支持与人才累积是必备条件。我国从2014年起成立国家集成电路产业投资基金(也即“大基金”),基金所有权为国家集成电路产业投资基金股份有限公司,采取公司制的经营模式,与以往的补贴模式有着本质的不同,投资方式包括:私募股权、基金投资、夹层投资等一级市场和二级市场投资,但不包括风险投资和天使投资。目前大基金一期已经全部完成投资,一期总投资额1387亿元已投资完毕,公开投资公司为23家,未公开投资公司为29家,投资范围涵盖设计、制造、封装、设备、材料多个环节,基本完成全产业链覆盖。

国家大基金二期成立,持续投入力度不减。2019年10月22日,国家大基金二期注册成立,注册资本2041.5亿元。大基金一期(包含子基金)总共撬动了5145亿元社会资金(含股权融资、企业债券、银行、信托及其他金融机构贷款),资金撬动的比例达到了1:3.7,若大基金二期的2041.5亿资金撬动比例按照1:4的比例来估算,预计将会撬动8166亿的社会资金,总的投资金额将超万亿。第二期大基金将会加强对设备和材料的部署力度,按照加重投资装备行业的投资思路,按照设备投资占比为15%测算,则设备方面的投资额可达900亿元,将对包括刻蚀机、薄膜设备、测试设备、清洗设备等领域已有布局的企业提供强有力的支持。

金准产业研究团队认为半导体目前是我国首要支持产业,未来成长空间巨大。根据我国《中国制造2025》规划目标,到2020年,集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全行业销售收入年均增速超过20%,企业可持续发展能力大幅增强。移动智能终端、网络通信、云计算、物联网、大数据等重点领域集成电路设计技术达到国际领先水平,产业生态体系初步形成。16/14nm制造工艺实现规模量产,封装测试技术达到国际领先水平,关键装备和材料进入国际采购体系,基本建成技术先进、安全可靠的集成电路产业体系。到2030年,集成电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队,实现跨越发展。当前我国半导体产业的自给率才只有不到15%,根据《中国制造2025》的目标,计划2020年自给率达40%,2050年达到50%。

三、5G+AIoT是未来核心赛道

3.1深度学习大幅提升AI芯片算力,是拉动半导体增长的重要引擎

AI芯片是传统芯片的异构与叠加,在专项计算中性能远超传统芯片。AI芯片指针对AI算法的ASIC(专用芯片),传统的CPU都可以拿来利用执行AI算法,但是速度慢,性能低,无法实际商用。例如自动驾驶需要识别道路行人红绿灯等状况,CPU的速度远远无法满足,若用GPU,在图像识别过程中计算速度会成倍增加。但单纯的GPU功耗较大,而且处理数据单一,因此AI芯片是在原有CPU的基础上,增加了相应的GPU单元,用来计算神经网络带来的深度学习算法。在图像识别等领域,常用的是CNN卷积网络、语音识别、自然语言处理等领域,主要是RNN,两类算法虽然不同,但本质上,都是矩阵或vector的乘法、加法,然后配合一些除法、指数等算法。

 

四种AI芯片架构的代表产品及特点

AI芯片算力大约3个月翻倍,核心提升在于底层架构。相比于摩尔定律(每18个月芯片的性能翻倍),AI训练所需的算力大约3个月翻倍,而提升算力的关键是芯片设计,特别是底层的架构设计。目前来看,传统的芯片架构已经难以满足AI应用的需要。

目前主流的架构分为四种:1、通用类芯片,如GPU、FPGA等;2、基于FPGA的半定制化芯片代表如深鉴科技DPU、百度XPU等;3、全定制化ASIC芯片代表如TPU、寒武纪Cambricon-1A等;4、类脑计算芯片代表如IBMTrueNorth、westwell、高通Zeroth等。

未来深度学习将成为拉动半导体需求的重要引擎,有望实现年化47%的增长。包括IC厂商和互联网企业在内,越来越多的厂商开始投入研发或已经推出AI专用芯片。根据Gartner统计,AI芯片在2017年的市场规模约为46亿美元,而到2020年,预计将会达到148亿美元,年均复合增长率为47%。

3.2 5GSoC迎来性能爆发增长,未来存量替换与增量终端并存

5G网络基建期正值高峰,移动端芯片组性能爆发增长。芯片组包括射频集成电路(RFIC)、系统芯片(SoC)、专用集成电路(ASIC)、蜂窝芯片和毫米波(mmWave)集成电路。通讯巨头公司许多都在构建调制解调器、RF前端,或两者兼得,其中设计的是低于6GHz的频谱,并支持100MHz的信封跟踪(ET)带宽。5GSoC性能形成突破的主要原因:CPU性能的进一步提升,制造工艺降低至7nm以下;GPU方面,对于图像处理的能力大幅提升;NPU方面采用了新的架构。以华为麒麟990为例,各方面的提升如下:

5G终端数量快速增长,SoC增量与存量并存。金准产业研究团队预计,到2025年5G连接数量将达到14亿,占中国和欧洲连接总量的30%左右,占美国连接总量的50%左右。下游行业应用将成为5GSoC发展的主要驱动力。面对多样化的场景需求,5G终端将沿着形态多样化和交互多元化发展。在5G商用元年,终端的类型和数量已远远超过预期,未来仍会有更多的增量空间及存量替换。相比于2014年的4G商用元年,市场上只有4款4G终端,而截止到今年9月10日,5G终端数量已有136款之多,对于5GSoC的需求有极大的促进作用。

3.3多平台互通成主流趋势,物联网布局掀开半导体另一增长动力

物联网是未来半导体产业的最重要增长动力。IOT将接替移动互联网成为下个时代的主题,主要原因来自以下几点:智能手机增量有限,来自于功能接近饱和;随通信技术迭代,5G商用万物互联从技术上已经可以实现;以华为鸿蒙系统为代表,操作系统已经转向多平台化;AI技术爆发式发展,相关技术已经在逐步适配IOT。

全球范围内,物联网终端数量高速增长。截止2019年,全球物联网设备连接数量达到110亿个,其中,消费物联网终端数量达到60亿,工业物联网终端数量达到50亿。根据GSMA预测,2025全球物联网终端连接数量将达到250亿,其中消费物联网终端数量达到100亿,工业物联网终端数量达到140亿,占全球连接数的一半以上。物联网未来主要实现两类功能:对真实物体信息的采集、识别和控制;通过终端通信,将采集到的数据信息传输至决策服务端,并进行决策。主要模块分别为,硬件模块,固件系统模块,应用模块,数据模块,通信接入模块。随着模块数量的爆发式增长,将直线拉动相关半导体需求。

 

物联网终端及增长预测

金准产业研究团队认为,未来应用于物联网的半导体芯片将以针对性与安全性为核心。对于PC和手机SoC,一系列产品通常可以大量出货上亿片,而物联网意味着要面临各种各样的产品提出很多种解决方案,面临着严重的细分化问题,虽然部分芯片的需求量很大,但总体来说种类散乱,虽然整体规模很大,单一产品或者系列产品的需求量可能并不大,定制化是亟待解决的问题。其次,物联网时代面临的安全问题,源于多终端越和链接通路,因此物联网芯片就有了更多要求,安全性是首要保证。在多样化的背景下,安全问题不同以前可以统一解决。

巨头公司提前布局,从流量争夺到构建生态体系。互联网的增速放缓,发展到一定程度,toB业务才是增长的主要驱动力。从目前来看,美国的toB市场非常成熟,而国内做toC业务的公司不到toB的十分之一,这也给巨头们留下了很大的增长空间。发展路径为从无线网络基础设施和基站到智能手机再到物联网设备应用,5G有望提供一个完全互联的移动世界,其市场范围从联网汽车、智能城市、智能手机到物联网(IoT)设备,无处不在,从流量端的争夺,到构建生态体系,科技巨头以在物联网重点布局。

 

全球科技巨头公司提前布局IOT产业

 

结语

金准产业研究团队认为,从上世纪50年代集成电路技术发明开始,集成电路的发展大致经历了三次产业转移,分别是美国起源、日本加速、韩国台湾成熟分化发展,而第三次半导体产业的转移有望在中国大陆落地。现在,产业链转移趋势明显,产业规模国内增速超过全球平均;产业规模扩大的同时,贸易逆差也在同步扩大;但是,我国中高端自给率仍偏低,全球龙头中缺乏中国公司身影。随着5G的全面落地,新一轮半导体产业将爆发,以AI深度学习、5GSoC、物联网多端互联及异构芯片为代表的半导体新方向值得重点关注。

金准产业研究 中日手游行业对比分析报告 2019-12-06 21:15:14

前言

中国手游厂商出海战斗力强,特别是地理位置、文化习俗接近的日韩两国,最能感受到中国文化的冲击,金准产业研究团队认为,中国游戏品质、角色和玩法,和日本最优秀的公司产品一样出色。不仅质量上乘,中国游戏厂商的优势还在于效率高。

一、日本手游市场趋势

每年1月1日新年假期是日本最隆重的节日,亲戚间互相赠送红包,游戏厂商则抓紧机会举办各种节日促销活动。因此,日本手游市场近年来在1月1日当天,流水都是全年最高。由此显现出Q1收入偏高,Q2稍微回落的周期波动。

1.1日本手游市场

Sensor Tower数据显示,2019年Q2日本手游市场在App Store和Google Play的总收入达到35.6亿美元,同比增长5.7%,环比下滑7.02%。其中,收入TOP100手游在App tore和Google Play的总收入达到26.3亿美元,占日本手游市场收入的73.9%(Q1为71.9%)。

 

日本手游市场收入前三依然由本土厂商掌控,分别为mixi《怪物弹珠》,Sony《命运-冠位指定》和GungHo《智龙迷城》,但这三款游戏的收入分别环比下滑28%,34%和23%。

1.2本土厂商显疲态,中国厂商传佳绩

Q2进入日本市场收入Top100的中国手游再次达到18款,合计吸金3.9亿美元,同比大涨62.5%,环比增长25.8%。中国厂商在日本Top100的收入占比亦达到新高,为14.7%,去年同期仅占9.6%。其中紫龙游戏有2款手游入围,网易共3款。

 

1.3日本手游市场构成

日本手游市场收入前三的游戏类型分别为角色扮演,动作和冒险手游,分别吸金18.08亿美元,8.65亿美元和4.8亿美元。受《怪物弹珠》,《智龙迷城》和《七龙珠激斗》(ドラゴンボールZドッカンバトル)影响,角色扮演,动作和益智解谜手游的收入较Q1有所下滑,其它类型保持相对稳定。

下载量方面,动作手游仍是日本市场下载量最大的品类,Q2下载量超过4100万次,环比上涨4.7%。不过,休闲游戏的优势正在进一步放大,下载榜头部均被休闲游戏占领,包括《RollerSplat!》,《子弹先生》(MrBullet) 和《RunRace3D》,休闲游戏在Q2手游总下载量达到4000万次,环比上涨10.1%。

 

二、中国手游公司世界排位靠前

2.1中国游戏厂商极具全球竞争力

腾讯、网易全球领先,手游厂商排位靠前。根据伽马数据和 Newzoo 依据营收、利润、下载量、MAU、增长率、研发投入、风险因素等十余项指标,评定出 2018 年全球移动游戏 35 强。榜单中,腾讯网易包揽了前两名。而中国企业有 13 家入围全球 35 强,超过了 1/3。金准产业研究团队分析,以移动游戏为主的中国企业,颇占优势。而一些美国和日本传统的游戏巨头,却在这移动互联网高速发展的 5 年内,迟迟没有入场进行手游研发,在竞争中掉队。除此之外,13 家中国企业的收入占比超过了一半,达到了 52.4%,高于数量占比。

 

 

2.2中国手游出海增速高于各国本土行业增速

手游出海成大势所趋,充分挖掘海外市场红利。无论在新兴市场还是美国等成熟市场,中国游戏厂商都实现超高速增长。从手游下载量来看,中国厂商在全球各地下载量增速都远超于当地行业增速。

相比于国内手游市场步入缓慢增长甚至负增长的阶段,海外市场收入增长则能达到超过 50%。且 2018 年中国游戏厂商在日本、美国、韩国等核心地区的增长速度都超过了 2017 年。

2.3中国本土手机、APP 全球市占率提升带来发行优势

国产手机在全球市场占有率从 2013 年以来一直稳步提升,从 30%一直到提高到 54%。这一增长为中国游戏公司海外发行提供了极大的便利性。

 

此外,抖音等大 DAU 产品的全球火热也为游戏公司出海买量提升不小优势。抖音当前在中国本土已然是最大的游戏买量投放渠道。这一模式可以轻松复刻全球市场。

三、中国手游在日本 

收入榜方面,Q2最大的赢家当属紫龙游戏和网易。网易《荒野行动》吸金超过1.17亿美元,位列日本手游收入榜第4名,继续蝉联国产手游收入冠军。《第五人格》收入较Q1几乎翻倍,新上市的《明日之后》同样成绩优秀,两款游戏分列第8和第15名。加上《大三国志》(《率土之滨》日文版),网易旗下共4款产品入围。

紫龙游戏于3月底和4月在日本发行的《梦幻模拟战》和《风之大陆》突围前十,分列第3和第9名。

下载榜方面,同样显示出中国厂商在日本的野心。Q2下载榜中,新品多达11款。游戏品类方面,厂商在竞技,音乐,休闲游戏,拼词等均有部署。

纵观日本Q2手游下载量Top100,仅36款游戏来自本土厂商,在众多外来游戏的冲击下,这一市场正变得更开放且多元化。

3.1日本手游市场厂商具有较大竞争力

2018 年日本游戏市场仍旧是全球第三大市场(仅次于美国和中国),同比增长 15.1%,达到 192 亿美元。日本玩家 ARPU 值为全球之首,尤其是在移动游戏方面。在日本,每付费玩家的平均支出是北美玩家的 1.5 倍,西欧玩家的 2.5 倍。虽然日本是全球 ARPU 值最高的市场,但与此同时也是榜单固化最为严重、冲榜最难的市场。由于日本从业人员流动性极差,日本市场上近八成的畅销 App 都来自本土,垄断较为严重。

 

尽管日本市场对于中国游戏厂商来说,就像是高度封闭的围城。在过去的 2018 年,中国手游仍然在日本市场取得了突破性的进展。2018 年日本超越美国成为了中国手游出海最大的营收来源,贡献了 26%的营收。在游戏品类上,国产游戏在日本市场也实现了多点突破。二次元、IP 产品不再是撬动日本市场必须的武器,竞技类游戏如竞技类、SLG类产品也在日本市场得到了用户认可。例如网易的竞技类产品《荒野行动》、《第五人格》;腾讯《PUBG》;游塔网络的 SLG 产品《黑道风云》;创酷的当官游戏《我在大清当皇帝》。

 

虽然日本是二次元文化发源地,但是国产二次元游戏想在其中突围并不容易。从目前的市场情况来看,能够在日本市场站稳脚跟的有乐元素的《偶像梦幻祭》、享游网络的《碧蓝航线》等国产二次元游戏标杆;近期紫龙游戏的《风之大陆》、《梦幻模拟战》也产生巨大突破。

大部分在日本流水超高的产品,例如《荒野行动》、《偶像梦幻祭》实际上是彻底本地化的产物,需要做大量的二次元 IP 联动,Youtube 话题推广。日本市场属于高 ARPU 值与高封闭性共存,名副其实是全球游戏市场“孤岛”。且孤岛中还存在大量强有力竞争对手。

日本有大量集团化公司,其手游收入位列中国二线游戏公司之上,例如玩具、动漫集团——万代南梦宫,游戏、影音、硬件集团——索尼,游戏动漫公司——Cyber Agent,社交网络、游戏公司——MIXI,游戏公司 Square Enix 等。

对于想要在日本市场做中重度手游的厂商来说,只有清楚了解日本用户和文化的调性才能在激烈的市场竞争中分一杯羹。国内出海手游厂商需要在产品优化、用户维护、买量投放等细节方面都持续深化探索,才能彻底打开日本市场。

3.2市场发展+政策引导,中国手游迎来快速精品化

游戏工委发布的2019年第三季度报告显示,中国自主研发游戏海外市场实际销售收入达31.4亿美元,环比增长9.2%、同比增速29.3%,高出国内市场增速10个百分点。

 

而按照8月App Annie发布的《中国移动游戏出海深度洞察报告》统计,2019年上半年,有13款中国手游进入过当地App Store畅销榜TOP20、45款进入过免费榜TOP20。Sensor Tower数据则指出,今年Q2韩国游戏App Store及GooglePlayTOP100产品总收入9.02亿美元,中国手游就贡献了1.6亿美元,占比17.73%。

 

由此可见,不只是日韩当地玩家、开发者和媒体的主观感受,客观数据上,中国手游厂商出海也很强,但为什么强?其实还是有一些历史原因。

2016年以前,出海只是一种选择而非必须,主要刷脸场合表现为零星在各种分享中被提到,除个别专注国际市场的企业以外,很少有厂商将出海视作战略等级。因此,彼时国产出海阵容多以中小厂商为主,甚至直到2019年,行业镁光灯都聚集在大厂周边,许多优秀的出海厂商,在国内游戏市场的主流视野中,都是隐形的。

比如今年5月Game Look曾就Sensor Tower出具的国产手游出海收入榜单,统计了头部国内出海厂商所在城市分布,就出现了未曾预料的北京一家独大的情况,原因在于大量此前行业并不熟知的优秀出海企业,聚集在北京。

而随着版号的出现,事情进一步开始发生了变化。一方面,市场成熟背景下用户对于品质要求急剧升高,换皮同质化打法被扫入历史;另一方面,版号开始起到重要的把关作用,刺激游戏行业精品化转型速度加快,特别是2018年10个月的版号审批暂停,以及后续实行的总量调控政策,都相当于使国产手游品质升级来了一次“氮气加速”。

3.3战略目光+Allin态度,做爆款中国厂商更擅长

出海给行业带来的巨变之一,有包括以友塔网络、海彼网络为代表的新兴厂商开始崛起,影响了更多开发者投身海外市场,形成全民出海的壮观局面。

在这一过程中,大厂的态度也慢慢发生了变化。以腾讯为例,PUBG Mobile已经成为国产手游出海标杆,几乎毫无悬念持续霸榜Sensor Tower发布的国产手游出海收入榜。

 

前不久腾讯游戏进行全新品牌,高级副总裁马晓轶接受采访时,也告诉Game Look腾讯内部“比较激进的提出,希望未来从用户纬度我们中国国内和海外是一半一半、未来中国和全球都是一样强,希望更大的力度走向全球市场”。

当然,谈及日本市场,不可避免要提到已将日本作为第二主战场的网易。2017年底,《荒野行动》和《终结战场》分别在日本和东南亚站稳脚跟,也正是这一年,网易CEO丁磊开始把精品游戏出海比作愿景。

 

2018年第三季度,网易财报宣布海外收入贡献首次超过游戏净收入的10%。在GameLook5月的一次统计中,日本App Store畅销榜TOP100,网易产品就占5款,超过许多日本本土企业,是上榜数量第三多的厂商。

直到今年,《荒野行动》依然是日本App Store畅销榜首的常客。金准产业研究团队统计,2018年《荒野行动》在日本收入达404亿日元,是当年日本收入第4高的手游产品。

正是以《荒野行动》为代表的国产手游,让日本游戏市场研究者Toto Serkan意识道,“中国厂商制作爆款的能力远超日本同行”。

3.4大笔投入+敢打敢闯,强势竞争引发日企裁员

除了质量和效率,中国厂商优于日本本土企业的另一大优势是对买量的理解和投入。金准产业研究团队分析,截至今年9月,网易是在日本地区投放手游广告力度最大的厂商,领先日本本土公司。

在发展进程上,日本游戏市场走在中国前头,高度成熟和特化,代表是人口红利的殆尽和人均付费全球首位。

此前,国内游戏玩家当中曾流传一张“日本游戏行业现状”的微博截图,指出日本存在年轻玩家没有PC,主要玩主机和手游,宽带太贵没有WiFi、只用流量玩手游的特点。Gzbrain的数据侧面印证了这一说法,早在2017年,日本手游收入已经占到整个游戏行业的70%。

而根据伽马数据和Newzoo联合发布的报告,预计2019年日本手游市场规模为114.8亿美元,同比增长3.8%。与此同时,日本手游用户人均付费达171美元,是第二名美国的近3倍,第二名中国的5倍有余。

 

尽管条件如此优渥,但由于成本的上升,已经习惯高回报的日本本土厂商,却很难适应敢先做“赔本买卖”的中国厂商的冲击。许多日本厂商已经习惯从经典产品中持续获益,缺乏品质升级的动力,比如头部市场的《怪物弹珠》和《智龙迷城》运营时间均以超过5年。相对的,按照日经亚洲的说法,日本研发一款手游的成本,已经从“数十万美元上升至数百万美元”,开发商盈利能力开始下降。

日本主管游戏部门的一名官员认为,相对日本厂商,中国厂商为了赢得竞争“更愿意冒险、付出更大成本,以及拥有更高效的行动能力”。同样是伽马数据和Newzoo的数据,2019Q1日本TOP100手游外来产品流水占比已经达到23.3%,比去年同期的15.9%又增长了7.4个百分点。

 

金准产业研究团队认为,在中国手游的影响下,许多日本游戏厂商已经开始裁员保平安。即便是没有裁员的日子也不是很好过,比如东京一家游戏公司Rena,今年8月收入已经骤降了一半。

看来,虽然中国手游厂商一直认为过去2年时间竞争激烈、市场难做很痛苦,但更痛苦的,可能是那些面临中国厂商抬升品质标准,被国产手游用高质高量高投入三连进行“降维打击”的海外厂商。

 

金准产业研究 5G应用场景落地及发展趋势研究报告 2019-12-05 14:28:03


前言

5G的载体主要是5G手机、超高清视频-4K/8K视频,主要应用场景是消费级应用、行业级应用包括日常生活、智慧港口、智能电网、远程医疗、车联网等,未来大有可为。

一、5G应用的载体

1.1 5G手机

金准产业研究团队建议在2020年以后购买同时支持NSA与SA的双模5G手机。

手机是移动互联网的主要入口,也是语音业务和各类数据业务的载体。5G手机支持的网络制式决定了其能接入的网络。如前文所述,5G有NSA和SA两种组网方式,单独支持一种组网方式的手机,将无法接入另一种组网方式的网络。因NSA标准完成时间早,产业链成熟速度快,支持NSA的手机芯片已经完成测试,而支持SA的手机芯片仍处于测试阶段,发展速度较慢。受限于手机芯片,目前市场上的手机只有华为的mate 30既支持NSA也支持SA,其它品牌手机均只能支持NSA。工信部要求2020年上市的5G手机必须同时支持NSA与SA,只支持NSA的手机将无法入网。金准产业研究团队预测,只支持NSA的手机将集中在2020年前上市。我国运营商均以SA组网为最终目标,前期虽然可能会采取NSA与SA混合组网,但也意味着只支持的NSA的手机只能在NSA组网的网络下使用5G网络。因此,欲购买5G手机的用户,建议在2020年以后购买既支持NSA又支持SA的双模5G终端。

1.2超高清视频-4K/8K视频

5G与百兆以上光纤均能满足4K/8K超高清视频的传输需求

4K分辨率与8K分辨率的视频被定义为超高清视频,主要是通过高分辨率、高帧率、高色深、宽色域、高动态范围及三维声六个维度的技术提升,为用户带来更具感染力及沉浸感的体验。高清视频(1080P)每帧图像是200万像素,4K超高清视频每帧800万像素,而8K超高清视频每帧图像的像素高达3300万,是高清视频的16倍。巨大的像素量在给用户带来极致体验的同时,也为网络带来了挑战。4K超高清视频至少需要60帧/秒的帧率,那么一秒钟的4K超高清视频的数据量=每帧像素*色彩深度*帧率=3840*2160*10*3*60=1.74GB。因此在无压缩的情况下,4K超高清视频至少需要14Gbps的传输带宽,在常用的H.265编码方式下,4K超高清视频需要60-75Mbps的传输带宽,8K超高清视频需要约135Mbps的传输带宽。5G的下行峰速最高可达20Gbps,体验速率可达100Mbps-1Gbps,可见5G网络具备4K及8K超高清视频的良好承载能力。在有线宽带方面,截止到今年6月,我国有线宽带的接入用户已高达43475万户,其中百兆带宽以上的用户占比为77.1%,且我国宽带用户还在不断向高速率迁移,金准产业研究团队分析,现有的百兆光纤及运营商正在大力发展的千兆光纤均能满足4K/8K超高清视频的传输需求。综上所述,基于5G的超清视频在移动性较强的场景或有线触达不到的区域中才具有更大优势,因此,用户需要根据具体的应用场景选择接入网络。

二、消费级应用

2.1 5G+超高清移动视频

超高清移动视频类应用将再次推动移动流量的爆发式增长

4K/8K超高清视频的应用场景属于5G 增强移动宽带(eMBB)类应用。在5G网络建设前期,两种组网方式均能满足此类场景的需求。对于超高清视频应用场景来说,从使用成本、网络性能与网络覆盖等方面分析,在室内环境中,百兆以上有线宽带的性能更具优势,在移动性强的应用场景或无有线覆盖的区域中,5G网络更具优势。由此可见基于智能手机的超高清视频点播/直播与超高清云游戏将成为5G网络重要的一类应用场景。目前超高清视频产业链还未完善,面临着内容匮乏不足以支撑一个频道播出的问题,因此在发展前期,体育赛事直播、大型活动直播等超高清直播类应用场景发展速度较快。超高清视频产业需不断降低超高清视频的制作成本,丰富超高清视频的内容,与5G携手推动该产业发展。因智能手机的便捷性,用户可不受时间与区域限制的观看视频、玩网络游戏,随时随地使用手机进行流量消费。金准产业研究团队认为,5G时代,在手机视频逐渐向超高清趋势的发展下,移动视频流量将再次推动移动流量的爆发式增长。

2.2消费级应用—5G+VR应用场景

目前VR对5G的需求小,未来基于云VR的便携式头显,将会对5G有更大的需求

按头显设备分类,VR可分为轻量级VR、PC VR 和VR一体机。轻量级VR无独立的计算、存储及显示设备,需要与手机等移动设备配套使用。PC VR是将PC作为计算和存储的有线连接设备。VR一体机内置CPU/GPU、具备独立的显示屏,能够连接网络,独立运行。VR一体机将成为未来主流的设备形态。按是否联网分类,VR可分为单机VR和网络VR,其中网络VR按图像的计算位置又可以分为有云VR和客户端VR。云VR将计算和控制管理集中放在云端处理,这样将大大降低对头显设备的性能要求,有效降低其成本。网络VR对传输带宽和时延均有很高的要求。如前文所述,5G与百兆以上的光纤均能满足4K/8K超高清视频的传输需求。VR用户可接受的头部运动到图像显示的最大时延是20ms,否则视觉和位置差异会导致强烈的眩晕感。网络VR时延主要包括位置跟踪时延、网络传输时延(上行时延与下行时延)、图像处理时延、可视屏幕刷新时延与屏幕传输时延几部分组成。单机VR没有网络传输时延,时延相对来说小一些,目前一般单机VR的时延已经低于20ms。相对于4G而言,5G与有线宽带的时延更小,基本能满足网络VR20ms时延的要求。目前VR已经广泛应用于沉浸式游戏,赛事直播等场景,在数字博物馆、远程医疗、教育、旅游等领域也在不断探索。但综合来看,目前VR头显设备的便携性低,主要的应用场景还在室内,对移动性要求不高,与5G技术的相关性较弱。但是,金准产业研究团队认为,随着云VR技术的发展,轻量级头显设备将会得到快速发展普及,VR技术的移动性需求随即增加,对5G技术的需求也会不断增高。

三、行业级应用

3.1 5G+行业无人机应用

5G网络将推动行业无人机应用的快速发展

无人机,指利用无线遥控和程序控制的不载人飞机,正在经历由消费应用向行业应用的转变。行业无人机已经实现在农林植保、电力及石油管线巡检、应急通信、气象监视、农林作业、海洋水纹检测、矿产勘探等应用领域的应用。行业无人机对无线通信的需求主要包括无人机安全飞行与业务通信两个方面,安全飞行指无人机要与地面保持实时通信保证无人机的安全飞行,业务通信是要实现业务层面的信息传递。一般来说,业务对速率的需求更高,安全飞行要求更小的通信时延。不同应用场景的业务对上行速率、时延、覆盖高度与覆盖范围的需求各不相同。蜂窝网络的站高一般在50米,行业无人机低空飞行的高度在300米以内,可见50米到300米的空间不在天线主瓣范围内,需要对网络的低空覆盖质量进行测试,验证是否满足行业无人机的飞行需求。经过对工业园区、农村及城市等不同场景下4G网络的低空覆盖质量进行测试,测试指标包括信号强度、下行信号的信噪比、干扰、上行速率、时延、切换等指标进行测试,受限于上行速率、时延及干扰等问题,4G网络只能满足部分应用场景的需求。5G的关键技术使网络在覆盖能力、上行速率、时延、干扰及小区连接数等指标上均有提升,能满足现阶段行业无人机应用及未来行业无人机应用发展对网络通信的需求,有效推动行业无人机的快速发展。


3.2 5G+智慧港口

5G实现港口业务自动化、智能化发展,助力智慧港口建设

近几年,我国港口货物吞吐量大幅度提升,为港口装卸效率带来了挑战。传统码头人工作业效率低且提升困难,港口自动化、智慧化运营需求迫切。港口码头生产主要包括水平运输系统、垂直运输系统及监控系统三个环节。水平运输系统包括集卡和AGV,用于岸桥与堆场之间的集装箱等货物的运输。垂直运输系统包括岸吊、轮胎吊与轨道吊,岸吊用于集装箱从船到岸的装卸。轨道吊与轮胎吊用于集装箱等货物的装卸与整理。视频监控系统包括摄像头、无人机,用于安全监控,海岸线巡检等。按照对网络需求划分,港口业务可分为控制级通信与监控级别通信两类应用场景。控制级通信实现岸吊、轮胎吊、轨道吊的远程控制及集卡与AGV的远程调度。监控级别通信类应用主要是指视频监控类场景。目前部分港口依旧人工作业,已实现自动化的港口主要是采用有线宽带与4G网络协同组网方案。但有线宽带在港口部署困难,易磨损,覆盖范围有限及4G网络成本高,带宽小、可靠性低等问题无法满足港口业务对网络移动性、可靠性、时延及带宽的需求。5G大带宽、高可靠低时延、大连接的特性在港口各类业务中优势突出,可实现港口自动化、智能化发展,助力智慧港口建设。

3.3 5G+智能电网

5G丰富配电网业务的通信接入方式,5G专网必要性待论证

智能电网将是电力行业的发展趋势。智能电网的建设也为现在的电力通信网带来了新的挑战。按照电流的流向,电力系统可分为发电、输电、配电、变电及用电五大环节,不同环节对通信网络的需求各异。电力通信网络主要由骨干通信网与多种业务接入的配电通信网组成。目前骨干通信网由光纤实现全覆盖,配电通信网应用场景复杂,由无线与有线等多种通信技术共同实现覆盖。按照通信网络的用途划分,智能电网(主要指配电网侧业务)典型的应用场景可分为控制类与采集类两大应用。控制类应用包括智能分布式自动化、用电负荷需求侧相应与分布式能源控制等应用场景。采集类应用包括高级计量,变电站巡检机器人,输电线路无人机控制,配电房视频监控等应用场景。目前智能电网终端分布广泛,有线网络虽然在性能上能满足业务需求,但存在布线困难、成本高等问题。现有的4G网络虽不需要布线,但在性能上无法满足部分业务对时延及可靠性的需求。总体来看,现有的通信电力网有“强壮”的骨干网,却没有“灵活”的配电网。5G的大带宽、高可靠低时延及大连接的特性,丰富了配电网侧业务的接入方式,克服了最后一公里的接入难题,助力智能电网的建设。对于构建“灵活”的配电通信网来说,无线网络是刚需,但是电力行业是否有必要用5G技术打造专网,需要进一步论证。

3.4 5G+远程医疗

5G远程医疗促进医疗资源下沉,发展初期建议只用于辅助医疗

远程医疗能有效促进医疗资源的共享下沉,实现偏远区域医疗能力的提升。目前远程医疗主要包括远程会诊、远程超声、远程手术、应急救援及远程示教等应用场景。远程医疗对网络的需求主要包括大带宽与低时延两个方面,大带宽主要是用于高清医学影像的传输与高清视频的交互,低时延用于远程操控医用机械手臂或医学机器人等设备。有线与5G均能满足大带宽与低时延的需求,但在医疗能力落后的偏远山区,有线布线困难且成本高,5G网络优势更大。现在远程医疗存在隔着屏幕无法做到精准判断,患者不信任等问题,推广受阻。远程医疗还处于发展初期,5G网络与相应的基础设施还有待发展,因涉及生命安全,建议现阶段只用于辅助医疗。

3.5 5G+车联网

5G的高性能加速车联网向自动驾驶迈进

车联网(Vehicle toEverything, V2X)是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术,其中V代表车辆,当前X主要是指车、人、交通路侧基础设施和网络。C-V2X是基于蜂窝网络的物联网技术,包括LTE-V2X与5G NR V2X。受限于带宽与时延,LTE V2X只能满足辅助驾驶与初级自动驾驶,高级的自动驾驶要求更大带宽与更低时延的网络支撑。目前车联网典型的应用场景有编队形式、自动驾驶、远程驾驶及扩展传感等应用场景,对网络带宽、时延及可靠性有更严格的要求。金准产业研究团队认为,5G的大带宽、高可靠低时延的特性将推动车联网加速向自动驾驶迈进。

四、展望:5G如何发展

4.1 5G技术相关度

根据应用场景对5G技术的需求程度判断5G技术相关度

5G技术相关度,是指应用场景是否必须使用5G技术才能实现,或相比于其它通信技术,使用5G技术是否将具备更大的优势。 5G的明星效应吸引了大批与之有关的消费级与行业级应用场景。然而这些应用场景是否为真正的5G应用,需要从应用场景的需求出发,分析5G技术的相关度。从带宽、时延、可靠性、移动性、连接量及覆盖六个维度进行对比分析,5G相较于4G的优势在于带宽大、时延低、可靠性高,相较于光纤的优势在于移动性强,连接量大,劣势是室内环境覆盖性差。根据应用场景对网络的需求及通信技术的性能分析,现阶段热点应用场景可分为三大类,分别对应5G相关度低中高的三个等级。第一类应用场景,5G与光纤均能满足,但光纤更具优势,这类应用场景的5G相关度低。第二类应用场景,5G与光纤均能满足需求,但5G更具优势,这类应用场景的5G相关度属于中级。第三类应用场景,只有5G才能满足需求,这类应用场景的5G相关度最高。

4.2给行业用户及投资者的建议

从应用场景需求出发,分析5G技术相关度与5G网络成熟度

如前文所述,目前5G标准还未完成,网络建设优化需要耗费大量时间,因此5G网络需要在一定的发展时间后才能真正达到5G技术的高性能指标。在发展期间,5G技术将不断演进,5G网络的性能也会逐渐提升,可见,随着5G的发展,不同时期的5G网络将驱动对网络有不同程度需求的应用场景的发展。5G的高关注度,吸引着各个行业。各行业的企业均想搭上5G这班发展的快车。无论是垂直行业用户还是投资者,都应该从应用场景对网络的需求出发,首先分析应用场景与5G技术的相关度,从而判断该应用是否为真正的5G应用。然后,根据5G网络的成熟度来判断该应用场景的成熟时间。最终根据分析结果,决策现阶段是否要使用5G网络或是否要投资。

4.3现阶段5G发展建议

建设高质量的5G网络,加速通信行业与垂直行业的融合

网络作为基础设施,往往要先行于应用的发展。今年6月工信部发放了四张5G牌照,意味着我国提前进入5G商用阶段。虽然经过前期探索,市场上已出现大批的5G应用解决方案,但截至到目前,5G还未出现杀手级的应用。如前文所述,行业应用将成为5G的主要应用场景。网络是应用的基础与保障,应用是网络价值的体现。当前5G发展重点要从两方面发力,一方面要建设高质量的5G网络,另一方面要加速通信行业与垂直行业的融合,促进5G网络及应用的发展与成熟。

金准产业研究 5G时代智能终端供应链趋势分析报告 2019-12-04 21:12:41

前言

在苹果核心供应商中,中国厂商数目逐步增多:从 2015 年33 家核心供应商中拥有 30 家增长到 2019 年 59 家核心供应商中拥有 52 家。而受到美国禁令影响,华为采取麒麟芯片和国产化器件战略;搭建鲲鹏生态用以打开服务器市场;同时扶持国内供应商,全方位开启供应链“去美国化”进程。

一、苹果十年发展变化

1.1历代 iPhone 三大创新方向:屏幕、摄像、机身材料

纵观十年发展,iPhone4、6、XS 三次刺激销量增长。推出 iPhone 4 之后,iPhone 2011年出货量达到 93.1 百万部,同比增速达到 96.06%;推出 iPhone 6 之后,iPhone 2015年出货量达到 231.53 百万部,同比增速为 20.17%,创下有史以来 iPhone 销量最高记录;推出 iPhone XS/XR 之后,iPhone 2019H1 出货量达到 192.05 百万部,与 2018 全年出货量相差无几。

 

苹果手机十年变化

 

2009-2019H1 苹果手机出货量(百万部)

屏幕:尺寸、材料同步变革。历代 iPhone 中,iPhone 4 手机外壳采用双面玻璃+金属中框设计,首次带来了 Retina 视网膜屏幕;iPhone 6 显示屏尺寸扩展到 4.7 英寸,是苹果首款大屏手机,同时首次将屏幕改用 2.5D 玻璃面板;iPhone XS 系列的发布标志着 iPhone 彻底走向全面屏时代。目前,iPhone 屏幕正从 LCD 屏幕向 OLED 屏幕过渡,已经发布的 iPhone X、XS 以及 XS Max 都已采用 OLED 屏幕。苹果未来可能选择 LG Display 作为其柔性 OLED 显示器的第二制造商,打破三星独家供应 OLED屏幕的局面。

摄像:质量和性能为导向,A13 仿生处理器+三摄+HDR 算法,摄像再次升级。从历代 iPhone 摄像进化史来看,苹果摄像进化是以质量和性能为导向,平衡传感器体积、重量和功耗之间的关系。并没有在传感器尺寸和像素上进行大幅度更新。2019 年新推出 iPhone11 Pro 摄像头采取了三摄方案(广角+长焦+超大广角),同时搭载 A13仿生处理器具备了 Deep Fusion 的成像功能。此外,iPhone 11 Pro 系列采用全新智能 HDR 算法,精细优化图像中高光及阴影的细节,可同时自动优化拍摄主体和背景的细节,媲美许多单反相机。

机壳材料:玻璃壳+铝合金中框->金属壳->玻璃壳+铝合金中框轮回。2010 年,iPhone4 机身材料采取玻璃背板+铝合金材料;2016 年,iPhone 7 采用一体化铝合金机身;2017 年,iPhone 8 机身材料回归玻璃背板+铝合金中框。基于 mmWave 的穿透能力,5G 手机制造将会优先考虑无线信号穿透性更强的材料,3D 玻璃、陶瓷将替代金属成为手机外壳主要材料,目前新推出 iPhone11 依旧采用玻璃外壳+铝金属/不锈钢金属中框设计。

1.2 iPad:定位生产力设备

iPad 四条产品线,覆盖多维度客户。iPad 分为 iPad mini、iPad、iPad air、iPad Pro 四条产品线,扩大用户群体覆盖范围:iPad mini:设计轻巧,具有极致便携性,满足用户娱乐需求;iPad:满足用户高性价比需求;iPad air:与 mini 相比,air 更能满足对屏幕尺寸要求更高的人群需求;iPad Pro:专业性平板,满足专业人群的工作需求,如艺术家、设计师等。

iPad 向生产力设备转变。2018 年,新推出全面屏 iPad Pro,配套 Face ID 与视网膜显示屏,搭载 A12X 处理器与自研 GPU 移动芯片,性能大幅度提升。出色的屏幕素质+配套Apple pencil、Smart keyboard,iPad Pro 充分满足移动办公场景和多数专业人士工作需求,如设计师、艺术家等。

金准产业研究团队认为,iPad 未来预计搭载 3D ToF 摄像头。与普通摄像头技术相比,ToF 可以让屏幕从单纯 2D画面转变到更具空间感的 3D 画面。通过 ToF 模块与后置镜头的搭配,ToF 可以更针对性地满足具体应用场景地安全和体验需求。金准产业研究团队了解到,苹果计划于 2020 年发布一款搭载 3D 感应后置摄像头的全新 iPad Pro。

3D 视觉方案对比

1.3 Mac 新屏幕材料方向:mini LED

Mac 多产品线适应全场景应用。根据台式机与笔记本,Mac 产品线可分为 iMac 和 Macbook两条产品线,其中 iMac 为消费类台式机,Macbook 为笔记本。Mac 系列主要产品 Macbook旗下分为 Macbook Pro 和 Macbook air 两类:Macbook Pro 面向专业用户,如 Mac Pro( ProDisplay XDR)、MacBook Pro;Macbook air 面向家用及办公,如 MacBook Air。

Macbook Pro 产品机身、显示和触摸板逐步趋于完善。苹果 Macbook 产品线的迭代与更新主要集中在 Macbook Pro 中。2008 年,推出第二代 Macbook Pro,特征是“精密铝制一体式外壳”;2012 年,推出第三代 Macbook Pro,特征是“Retina Display”;2016 年,推出第四代Macbook Pro ,特征是“触摸栏与 USB-C”:

Unibody 一体化铝合金机身。Unibody 是将铝合金挤压成板材,然后通过数控机床一体成型的机械加工技术。2008 年起,Macbook 产品系列开始采用 Unibody 技术,集美学与时尚于一体,同时采用 Unibody 技术的 Macbook 机身没有拼接或焊接成分,机身硬度、韧性更佳。

Retina Display。2012 年 WWDC 上,苹果发布了配备 Retina 显示器并重新设计的第三代 Macbook Pro,分辨率高达 2880*1880,其中每四个像素一组输出原来屏幕一个像素显示的大小区域内的图像,兼具观看舒适度和显示效果。

Multi-Touch 触摸板与 USB-C。2016 年,推出的 Macbook 搭载了 Multi-touch 触摸板,可以更流畅、自然、直观地操作 Macbook,例如三指轻扫开启 Mission Control,四指开合查看 Launchpad 中所有 app。同时,磁性充电器 MagSafe 已被 USB-C 取代。与 MagSafe 相比,USB-C 充电器没有视觉指示器,接通电源时会发出提示音。

金准产业研究团队认为,Mac 未来预计配备 mini LED 屏幕,提升屏幕品质。作为 Micro LED 量产前的过渡产品,mini LED(次毫米发光二极管)是尺寸在 100mm 以上的 LED,介于 OLED 和 Micro LED之间,是传统 LED 的小幅改良版,适合用于大屏幕制造。相较于 Micro LED,mini LED良品率更高,技术难度更低,更容易量产;相较于 OLED,mini LED 更加耐用。Macbook未来也将搭载 mini LED 屏幕,提升屏幕显色性能。

1.4 苹果供应链国产化加深

苹果供应链中中国零部件供应商居多。在苹果供应链中,核心模块芯片供应商仍外国厂商居多,如高通、Skyworks 等;中国大陆、香港供应商主要聚集在精密组件及材料供应模块中,如信维通信、领益智造等;中国台湾供应商主要聚集在代工模块中,如富士康、台积电等。

2019 年中国三地厂商合计占比达到 43.5%,苹果供应链对中国厂商依赖加深。中国厂商不仅在苹果供应链中数目有所增加,同时核心供应商数目也在逐年提升。在苹果公布的 200家主力供应商中,中国大陆/中国台湾供应商 2017-2019 年分别为 20/42 家、31/45 家、41/46家,占比分别为 10.0%/21.0%、15.5%/22.5%、20.5%/23.0%,2019 年中国大陆香港台湾三地供应商占比合计达到 43.5%。此外,在苹果核心供应商中,中国厂商数目也在逐步增多:从 2015 年 33 家核心供应商中拥有 30 家增长到 2019 年 59 家核心供应商中拥有52 家。

金准产业研究团队认为,国内供应商逐步蚕食苹果供应链。随技术的成熟与发展,以立讯精密为代表的国内供应商在苹果供应链中产品覆盖范围逐步加大。2011 年-2018 年,立讯作为连接器龙头企业分别拓展苹果 Macbook、iPad、AirPods、Apple watch 等产品供应链,同时布局声学领域、无线充电、线性马达等领域。

 

2019 年各地区苹果供应商占比

 

二、以华为为首的国内终端厂商发展变化

华米 OV 控制近九成国内市场,行业集中度进一步提升。2019Q2,中国智能手机市场出货量达到 97.9 百万台,同比降低 6%,已然进入存量市场,其中华为出货量 36.3 百万,YOY 为 27%;VIVO 出货量为 18.3 百万,YOY 为-8%;OPPO 出货量为 18.2 百万,YOY为-14%;小米出货量为11.7 百万,YOY为-19%。2019Q2,华米OV市场份额合计 86.2%,相比 2018Q2 提升了 5.5%,市场向头部品牌集中趋势持续上升。

 

中国智能手机市场 top5 厂商

2.1多品牌策略+全渠道建设

华米 OV 均采取多品牌策略,力求各层级消费者完整覆盖。华为手机产品线分为华为、荣耀两条:华为品牌定位中高端市场,主打线下销售,包括 P、Mate、Nova、畅享四大系列,分别针对时尚群体、高端商务人群、年轻群体、对性能要求不高的用户群体;荣耀系列手机定位中低端市场,主打线下销售,包括数字、magic、V、note、play、畅玩六大系列分别定位“科技潮品”、人工智能、“科技先锋”、大屏娱乐、“科技酷玩”、中低端市场。

小米产品线主要分为小米和红米两条:小米系列定位中高端消费用户,线上线下双渠道销售,包括小米数字系列、小米 MIX 系列和新系列 CC;红米系列定位中低端手机,专注电商品牌销售,包括 Redmi 7A、Redmi 7、Note 7、Note 7 Pro,K20/K20 Pro等;另推出黑鲨、美图及 POCO 品牌分别针对游戏用户、女性用户及科技爱好者群体。

OPPO 产品线主要分为 Find、Reno、R、A、K 五条:Find、Reno 系列定位高端市场,主打顶级性能,针对追求高配置的用户人群;R 系列定位中高端市场,主打潮流时尚,针对对拍照要求高的年轻用户;A 系列针对中低端市场,主打高性价比,针对兼顾品质和性价比的用户群体;K 系列定位低端市场,主打线上销售渠道,针对手机入门级用户。

VIVO 产品线主要分为 U、Y、Z、S、X、XPlay、NEX 五条:U 系列定位低端市场,针对购买入门级、备用机用户群体;Z、Y 系列定位中低端市场,主打经济路线;S系列定位中端市场,主打颜值、时尚路线;X 系列定位中高端市场,针对普通消费人群;XPlay、NEX 系列定位高端市场,针对配置玩家。此外,VIVO 新推出 IQOO 子品牌,定位旗舰机,针对中高端市场。

国内智能手机进入存量市场,华米 OV 着手纵向贯穿消费市场,横向扩展销售渠道:

消费市场:华米下沉,OV 上推。国内智能手机进入存量市场,低星城市将成为增长引擎。针对下沉市场,华为 2015 年开展“千县计划”,强调覆盖三线以下城市渠道,为乡镇市场消费者提供一致服务体验;小米开设授权店和小店,其中授权店是他建他营,以较低成本在三四线城市实现门店快速落地;小米小店则直接从小米官方订货,通过“他推”等形式在乡镇市场内销售。相较于华米,OV 下沉市场扎根已久,只能突围一二线城市。OV 采用广告和渠道战打法,综艺植入+广告轰炸迅速提高一二线品牌知名度。

截至 2019H1 分城市等级用户使用安卓手机品牌占比

销售渠道:转战全渠道销售。早期,借助电商平台崛起,小米主攻线上销售渠道,开启小米商城、有品电商等线上平台。目前,小米推行新零售战略,重点布局线下销售渠道,如小米之家等,实现线上线下交互引流。同时,华为也已经开始向全渠道转轨,意在借助另一赛道攫取更多增长,实现自我扩张,其中荣耀开启“二级战略”,由线上向线下销售渠道转移。2019Q2,华为国内手机市场份额已位居第一。

 

2018Q2-2019Q2 各品牌中国手机市场份额

华为线上渠道对标小米,实现弯道超车。与小米类似,华为在多电商平台上开放销售渠道,参与线上销售促销等活动,为线上线下提供同质服务。2019Q1,荣耀国内线上销售市场份额达到 24%,位居第一,反超线上营销巨头小米;华为线上销售市场份额达到 16%,位居第三。

2019Q1 中国线上各品牌手机销售市场份额

华为线下渠道对标 OV,偏向狼性化服务。OV 线下渠道采用由上到下的分获渠道模式,保证较大的客户覆盖面,其中一级代理负责战略方向把控,二级代理负责团队职能分配。华为线下销售分为直销和分销渠道,分销渠道分为两种模式:ND 分销模式(主要负责畅享系列、Nova 系列、麦芒系列产品)、FD 分销模式(主要负责 Mate系列、P 系列)。与 OV 人性化服务相比,华为基于自身品牌和产品力进行渠道建设和客户分级,狼性化服务为分销商带来更多收益。

2.2 华为芯片+算法全产业链扶持,加速供应链去美国化

华为供应链中国外厂商占据重要地位,尤其是芯片模块。华为核心供应商总共 92 家,中国大陆厂商 22 家,中国台湾厂商 10 家,国外厂商共有 60 家,占据 65.22%,其中美国厂商 33 家,日本厂商 11 家。在芯片模块,华为对国外供应商依赖度较高,恩智浦控制NFC 芯片,赛灵思控制 FPGA 芯片等。高端逻辑芯片、存储芯片、高速模拟芯片等国产化率较低,短期内难以突破。

华为海思——华为芯片研发中心。1991 年,华为成立 ASIC 设计中心;2004 年,在 ASIC设计中心基础上,华为成立了深圳市海思半导体有限公司,主要从事数字家庭、通信和无线终端领域的芯片解决方案。2012 年,华为海思推出 K3V2 处理器,定位旗舰的 Mate 1、P6 等机型;2013 年底,华为海思推出麒麟 910,用在华为 P20 等旗舰机型上。此后,华为采取麒麟芯片和旗舰手机绑定战略,例如 P7 搭载麒麟 910T,Mate7 搭载麒麟 925,P8 高配版搭载麒麟 960 等。

华为搭建鲲鹏产业生态,打开服务器市场。华为 2015 年发布最初款 Hi1610;2014 年发布 ARM64 位 CPU Hi1612;2016 年发布首颗支持多路的 ARM 处理器 Hi1616;2018 年发布 Hi1620,其中鲲鹏 920 是 Hi1620 系列的正式品牌和型号,主频可达 2.6GHz,单芯片可支持 64 核,集成 8 通道 DDR4,内存宽带超出业界主流 46%。2018 年,华为推出三款 TaiShan 系列服务器,TaiShan22080 面向均衡服务器、TaiShan5280/5290 面向存储服务器、TaiShan X6000 则瞄准高密度服务器市场。近期,华为落地多个鲲鹏生态基地,计划围绕未来计算产业打造真正开源平台,驱使计算架构优化。

扶持国内供应商,推进供应链“去美国化”。为保证自身供应链安全,华为正在大力扶持华为海思,提高芯片自给率,同时其他部件寻找替代供应商,进行供应链转移。在 5G 手机移动处理器方面,华为采用海思的最新高阶处理器,多模基带晶片模组采用海思的Balong 5000 产品,并且都采用台积电的 7nm 制程,后段封装和晶圆封测由日月光投控和京元电子服务;在功率放大器( PA) 方面,过去华为手机的 PA 元件供应商主要为美商,现在已换由中国台湾相关供应商协助生产制造、以及日商村田制作所提供。此外,电源管理芯片由中国积极扶持的中芯国际供应。

三、电子行业未来超预期发展

5G 手机风口已至,苹果自研 5G 基带芯片加大自主优势 。 全球 5G 手机赛道开启,中国预计成为 5G 手机最大市场。据 canalys 预计,2019 年全球手机市场中 5G 手机出货量占比为 0.9%;2023 年将增长至 51.4%。目前中国 5G 换机浪潮已经开始,多家手机厂商相继推出 5G 手机,如华为 mate 30、OPPO Reno、VIVO NEX等等。金准产业研究团队预计,2023 年,5G 手机总出货量达到 19 亿( CAGR 为 179.9%),中国将占 5G 智能手机出货量 34%,其次是北美( 18.8%)和亚洲太平洋地区( 17.4%)。

2019-2023 年全球市场 5G 手机出货量占比预测

苹果 2020 年将推出三款 5G 手机,以 mmWave 技术为主。为从移动运营商和消费者的购买意愿中获得更多竞争优势+扩大苹果 AR 生态系统,苹果预计将会于 2020 年推出三款5G 手机,抢占全球 5G 换机潮先机。同时,美国已陆续完成 5G mmWave 频谱划分与拍卖,运营商加速推进毫米波业务+美洲为苹果第一大市场( 19 年美洲营收占比为 44.94%),预计基于本土优势苹果 5G 技术将以 mmWave 为主。与国内 Sub-6GHz 手机相比,苹果 mmWave 手机主要在射频天线和射频前端方面不同:射频天线:5G mmWave 由 SiP 进阶到 AiP。5G 在毫米波频段的应用,由于毫米波本身频率较高,天线通过馈线相连的损耗会非常大,为了减少互联的损耗,必须要把前端做成模组化,减少在毫米波频段的损耗。AiP( Antenna in Package,封装天线)技术顺应了硅基半导体工艺集成度提高的潮流,为系统级无线芯片提供了良好的天线与封装解决方案,很好地兼顾了天线性能、成本及体积,成为了 60GHz 无线通信和手势雷达芯片的主流技术。因此,5G 毫米波手机将采取“AiP+Antenna”的形式对射频天线和射频前端进行封装。

射频前端之 PA:5G mmWave应用 lnP材料。5G sub 6频段PA的主要材料是GaAs、SiGe,而 5G 毫米波 PA 的主要材料是 lnP,更高频段将运用氮化镓( GaN)材料。与 GaAs 器件相比,lnP 晶体管散热能力是 GaAs 衬底的 1.5 倍左右,具有更高的击穿电压和电子迁移率,更适合高频应用;GaN 器件的功率密度更大,具有更宽的瞬时带宽,有助于减小占用空间。

射频前端之滤波器:5G mmWave 采用以 GaAs 为衬底的 IPD 工艺。采用 GaAs 衬底的 IPD 工艺可以为毫米波频段的滤波器提供低成本、低损耗、微型化和高集成度,而 Sub-6GHz 采用的 LTCC 等工艺无法同时满足这些要求。与之前工艺相比,使用 IPD工艺的电容( New MIM cap) Q 值更高,即使用 IPD 工艺之后,每一个振荡周期中存储的能量与损失的能量之比更高,这意味着 IPD 工艺能够减少损失的能量。

射频前端之 LNA 和开关:5G mmWave 集成两者。基于节省空间的考虑,5GmmWave频段将会利用 SOI 技术将射频 LNA 和射频开关集成。采用 SOI 材料制成的集成电路具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单以及适用于低压低功耗电路等优势,因此在未来会成为毫米波频段集成 LNA 和射频开关的主流技术。

SOI 技术应用发展路线

苹果自研 5G 基带芯片加大话语权。2019 年 4 月,苹果与高通达成和解,和解内容包括高通公布部分 5G 基带芯片原始代码用于苹果自行开发;同年 7 月,苹果收购英特尔 5G 基带芯片业务,从而开展自研 5G 芯片业务以降低对第三方制造商依赖性。苹果自研的 5GModem 芯片预计最快将在 2021 年问世,预先芯片将先引入 iPad 等产品。

 

苹果 5G 芯片布局

5G 芯片研发难度提升促使行业集中度提高,芯片供应商成稀缺资源。芯片是手机最核心的部件,手机中很多功能都依赖于芯片完成,如 CPU 运算、GPU 图形运算、音视频处理等。与 3G、4G 相比,5G 基带芯片的研发是颠覆性:从标准角度来看,5G 时代并没有统一标准,2018 年 6 月首个 5G 标准正式完结,研发者需要同时进行 5G 标准解读和芯片研发;从技术端来看,5G 终端负载型更高,运算复杂度提高了近 10 倍,存储量提高了 5 倍,同时还需保证多种通信模式的兼容支持及各个运营商组网需求。研发难度的提升使得具备5G 手机基带芯片大规模商用能力的企业仅剩 5 家:高通、华为、紫光展锐、联发科和三星,其中高通发布了 X50 和 X55 2 款 5G 芯片;华为发布了巴龙 5000,并预计 2019 年11 月份发布首款集成 5G 基带处理器;三星发布了 Exynos Modem5100 和首颗计合 5G基带的 Exynos 980 移动处理器;联发科发布 Helio M70;紫光展锐发布春藤 510。

5G 智能手机基带芯片一览

结语

金准产业研究团队认为,在相对成熟的智能手机行业,已俨然成为企业核心竞争力的要素之一。每款手机的上市、发售、出货时间,产品性能、价格等等,都与其上游供应链存在着十分紧密的联系。随着5G的全面商用,智能手机供应链内部盈利能力触底,回暖迹象已经出现;外部受到 5G 新兴市场刺激;伴随的各大厂商供应链“国产化”的大趋势;电子行业未来大概率超预期。

金准产业研究 VR行业研究报告 2019-12-02 18:19:04

前言

随着 5G 建设的进行,新产品和新技术的不断成熟,VR/AR 再度获得高度关注,VR/AR 经历了从热炒,低谷,到复苏的过程。目前VR/AR的瓶颈包括网络带宽和速率的限制,硬件技术不够成熟,以及内容应用的匮乏。5G 提供了室外移动场景,而千兆带宽+ Wi-Fi6 为室内提供了固定场景,二者共同为 VR/AR 提供更优的管道。但是,VR/AR 的硬件上仍面临的较大的技术实现难度,远高于手机等传统智能终端,很多技术需要面临从无到有的重大突破,而且内容的缺失也为VR/AR的复苏增添了障碍。

一、VR/AR概观

虚拟现实(VR) 是虚拟场景的封闭式体验,而增强现实(AR)体验会将数字元素叠加到现实世界的对象和背景上。混合现实(MR)可以说是升级版的 AR,能够实现虚实场景的结合,和 AR的区别就是对虚拟图像的真实感做严格的要求,因此是 AR 的一种类别。

2012 年 Oculus 推出VR 头盔,使得VR/AR 概念进入公众视野,被认为是智能手机的热门替代品。随着Oculus被Facebook收购, 包括Facebook、微软、 Sony、三星、HTC 等巨头们先后进入 VR/AR市场2015-2016 年 VR/AR 市场热度达到高点。但到了 2016 年下半年,由于商业模式,网络、硬件和内容上都没有突破,行业开始进入寒冬。随着 5G 建设的进行,新产品和新技术的不断成熟,VR/AR 再度获得高度关注。

VR/AR 均需要用计算机绘制虚拟图像。VR 中的图像全部由计算机绘制,往往需要配置高性能的 GPU,同时由于 VR 是隔绝式的音视频沉浸体验,因此对显示画质要求较高。而 AR 中大部分图像是通过镜片透射或摄像头拍摄的,计算机绘制的图像占比较少,而且是以信息性为主的,对图像逼真度要求较低,因此对 GPU 要求不高。但 AR 需要对场景进行理解,需要用非常复杂的算法,并且实时运行,这样 AR 对 CPU 的运算性能要求非常高。此外,VR 侧重于游戏、视频、直播与社交等大众市场,AR 侧重于工业、军事等垂直应用。

前文说到。VR/AR一直存在着商业模式,网络、硬件和内容上的瓶颈,具体表现在:硬件技术上,VR 近眼显示技术存在分辨率不足、眩晕等问题;网络设施上,VR/AR 对带宽和时延要求较高,要想保证 VR/AR 良好的用户体验,证高分辨率和低时延,从而改善眩晕的问题,至少需要 50Mbps 的带宽,而4G时代不能满足这一网络要求;内容资源上,内容分发平台更新慢、资源少。 C 端缺乏“杀手级”应用,作内容形式同质化、简单化,用户体验以单机为主,视觉体验交互式元素少。

二、5G和千兆宽带能给 VR 带来什么改变?

随着 5G 建设的进展,VR 被认为是 5G 落地的第一波应用而给予厚望。产业更多是在讲“双 G”+VR 的概念。双 G 是指 5G 和千兆带宽,5G 主要是室外移动场景,也就是无线基站到移动终端一侧,而千兆带宽+ Wi-Fi6 为室内固定场景,在包括接入网和承载网解决带宽和时延问题。二者共同为 VR/AR 提供更优的管道。

在接入网方面,5G、Wi-Fi6、10G PON 有望在五年内成为面向虚拟现实业务的主流传输技术。Wi-Fi 技术相对成熟,可实现 VR/AR 终端的无绳化。固定宽带光网络目前可以支持 1Gbps-2.5Gbps 的带宽接入,能够满足少量 VR 用户承载,未来将升级到 5G-10G。未来 5G 的目标网可为每用户提供随时随地平均 100Mbps 的无线接入服务,为 VR/AR 业务提供极致体验。

5G 网络高速率、低时延的特性适合承载 VR/AR 业务,并大幅提高用户体验。根据 5G 的性能指标,5G 移动网络能够达到 20Gbps 的峰值速率,是 4G 的 20 倍;空口时延1ms,是 4G 的 1/5。

随着光纤宽带接入技术的进步和新兴高带宽业务的应用,千兆宽带已成为下一步宽带发展的焦点。Ovum的报告显示,全球已有超过 234 家运营商发布千兆业务,其中 20 家发布了万兆业务。我国目前已经基本普及了百兆光纤入户,未来将逐步开展城市千兆带宽入户示范。固定网络经历了 5 个阶段的发展,目前已进入以10G PON 光纤技术为基础的千兆时代。

下一代 Wi-Fi 技术 Wi-Fi 6 在传输速率、功耗、空间和性能等方面同样具有较大提升。Wi-Fi 6(即 IEEE802.11ax),是一项无线局域网标准,也是 Wi-Fi 5(IEEE 802.11ac) 的升级版。Wi-Fi 6 支持更高的传输速率,最高速率可达 9.6Gbps。Wi-Fi 6 允许更多的设备接入,并且能够加快每一台设备的速度和容量,在连接相同数量设备的基础上,速度是 Wi-Fi 5 的近四倍。基于 Wi-Fi 6 支持室内室外场景、提高频谱效率和提升密集用户环境下 4 倍实际吞吐量的性能,能够实现 VR/AR 对于高速率和低时延的要求,可以处理来自多个 VR 用户不同类型的流量。

VR 用户体验与终端成本的平衡是目前影响 VR 产业发展的关键问题。低成本终端有助于提升 VR 硬件普及率,但有限的硬件配置也限制了用户体验,用户的首次体验不好,后续就很难接纳和持续使用 VR。另一方面,以HTC VIVE、Oculus Rift、Sony PlayStation 等为代表的高品质 VR 设备,其配置套装价格高达数千乃至万元,过高的终端成本明显制约了高品质 VR 的普及。

Could VR 的解决方案通过将云计算、云渲染的技术应用到 VR 业务中,借助高速稳定的网络,将云端的显示输出和声音输出通过压缩后传输到用户的终端设备,实现 VR 内容上云、渲染上云,实现 VR 头显的无绳化和轻量化,更容易被用户所接受,有效解决 VR 发展的痛点。由于 Cloud VR 具有如下显著优势,已经成为 VR 产业规模化发展的必然选择:

实现终端轻量化,提升使用者体验:Cloud VR 无需本地主机,省掉了 VR 头显与主机之间的连接线,“无绳化”头盔让用户摆脱了线缆的束缚,同时也减少了 VR 头显的重量过重,耗电过高,以及发热严重的问题,大幅提升 VR 设备的使用体验;

利于降低终端成本和价格,推动普及:渲染在云端处理,大幅降低终端 CPU+GPU 渲染计算压力,降低终端硬件要求,不需要本地高性能、高成本主机,将大幅降低 VR/AR 的成本,加速 VR/AR 的普及;

有利于内容分发、聚合:通过统一的 Cloud VR/AR 平台,可适配不同终端上的不同类型的内容,内容制作商只需与平台适配,无需考虑与各终端的适配细节,可进一步聚焦 VR/AR 内容数量和质量的提升;同时,聚合到统一平台后,用户对于优质内容的获取将更加便捷;

利于内容版权保护,鼓励开发更多的内容应用:当前大量 VR/AR 内容属于离线体验,这种方式很难做到对于内容版权的有效管控,VR/AR 内容上云后集中管理,有利于防止未经授权的读取、复制与传播,遏制内容盗版,保护 VR/AR 产业的可持续发展;

利于与大数据分析、人工智能结合:数据在云端,利用云端强大的计算分析能力,进行大数据分析或与人工智能结合,产生更多产业创新与价值。

Cloud VR 应用方案架构

尽管 Coud VR 技术采用云渲染方案,使得 VR 终端更轻便,成本更低,但也面临着时延的挑战。对于 VR视频等弱交互业务来说,对时延的要求不高,不同的时延只是对画面的加载时间产生影响;但对于 VR 游戏、VR 社交这类的强交互业务来说,则需要保证 MTP(Motion to Photon,动作至显示)的时延不超过 20ms,超过这个时延,则非常容易引起晕动症。

目前为了满足云渲染技术下 VR 体验的时延要求,除了云渲染技术外,端云异步渲染、端到端低时延传输也是两大关键技术解决方案。


端云异步渲染方

端云异步渲染方案

三、VR/AR硬件瓶颈

目前来看, VR/AR 的硬件上仍面临的较大的技术实现难度,远高于手机等传统智能终端,例如芯片、屏幕等性能在手机等设备上已经过剩了,但在 VR/AR 上仍有门槛。AR 的技术实现难度还要比 VR 更高,尤其是在近眼显示与感知交互领域,很多技术需要从无到有的重大突破。

近眼显示(Near-eye display,简称 NED),被认为是 VR/AR 硬件最重要的问题,也是目前用户体验的痛点所在。近眼显示技术是指通过光学和屏幕的设计,将显示器上的像素,通过一系列光学成像元件形成远处的虚像并投射到人眼中。不同于半导体遵循摩尔定律,往往具有可预见的迭代周期,光学设计则需要在最基本的物理定律的框架下,不断探索、论证各种的可能性,技术门槛较高,进展相对缓慢,但目前在一些技术上已经取得了较为明确的突破。

另外,由于现有技术方案在分辨率(清晰程度)、视场角(视野范围)、重量体积(美观舒适)等方面存在潜在冲突,如何做到既要保证 VR/AR 眼镜的轻薄舒适性,又要保证一定的视觉体验,同时在各种光学参数存在冲突的情况下做出取舍,是近眼显示技术的巨大挑战。

VR 将长期使用 LCD、OLED 类型屏幕作为显示器件,技术突破的重点为 1000ppi 以上的 AMOLED、Fast-LCD 屏幕技术。AR 分为图像源器件,即显示屏(OLEDoS、LCoS)和光学器件(如光波导、折返光学透镜、自由曲面棱镜等),技术突破的重点在于微显示屏以及光波导显示技术的发展和实际应用。

VR/AR 近眼显示技术路标

光学设计参数

视场角(FOV,Field of View)用来衡量人的视野范围,无疑是 VR/AR 设备最重要的参数之一。越大的视场角带来越好的沉浸感。一般来讲,正常人类的视场角,也就是不转头从一侧看到另一侧的最大角度一般在 200°左右,不过看得最清晰的部分是双眼重合的视角,大约是 120°。VR 设备由于光学设计更加简单,视场角已经可以接近覆盖到人类的整个视场;AR 显示器的视场角则仅能够覆盖人类视场的一小部分。

对于眼镜形态的设备,由于视场角,视窗和适眼距等参数密切相关,适眼距是 20mm,视窗尺寸是 20mm的情况下,35mm 的显示器尺寸可以达到 FOV40°,60mm 显示器尺寸可以达到 FOV90°,要想达到 170°的FOV,则需要 170mm 的显示器,如此宽的尺寸在平面显示器上基本是不可行的,曲面波导是一种解决方案,但是距离应用还有距离。

AR 设备的光学显示系统通常由微型显示屏和光学元件组成。光学组合器的不同,是区分 AR 显示系统的关键部分,市场上各种方案百花齐放。目前看来,光波导方案从光学效果、外观形态,和量产前景来说,具备较好的发展潜力,也成为微软 HoloLens、谷歌眼镜、Magic Leap、DigiLens 采用的主要方案 。

光波导并非一个新的技术,事实上和光纤光缆的原理一样。为了在光在介质里 100%保留住而不漏光,传输的介质要满足两个条件,全反射(传输介质即波导材料需要具备比周围介质高的折射率),入射角(光进入波导的入射角需要大于临界角θ c,光线穿梭基本没有损耗)。目前光波导的技术方向有两类:几何光波导和衍射式光波导。

几何光波导:镜面阵列设计,实现一维扩瞳,制造工艺复杂 。几何光波导中,耦合光进入波导首先遇到一个棱镜或反射面,在多轮全反射后到达眼睛前方,耦合光出波导的结构是一个“半透半反”镜面阵列。每一个镜面会将部分光线反射出波导进入人眼,剩下的光线透射过去继续在波导中前进。镜面阵列相当于将出瞳沿水平方向复制了多份,这样眼睛在横向移动时都能看到图像,这就是一维扩瞳技术(1D EPE)。

衍射光波导:通过光栅调整,可以实现二维扩瞳 。衍射光波导主要有利用光刻技术制造的表面浮雕光栅波导(Surface Relief Grating,SRG) 和基于全息干涉技术制造的全息体光栅波导(Volumetric Holographic Grating,VHG), HoloLens 2,Magic Leap One 均属于前者,苹果公司收购的 Akonia 和 Digilen 则致力于后者。

衍射光波导的原理简单来讲,就是是通过设计衍射光栅的参数,将光衍射到想要的方向上去。衍射光栅是一个具有周期结构的光学元件,这个周期可以是材料表面浮雕出来的高峰和低谷 ,也可以是全息技术在材料内部曝光形成的“明暗干涉条纹”(图 b),但归根结底都是在材料中引起了一个折射率 n 的周期性变化。因此,衍射光栅通过衍射级和色散实现分光特性,起到了与传统光学器件类似的改变光线传播方向的作用,但是它所有的操作又都是在平面上通过微纳米结构实现的,所以非常节省空间,自由度也比传统光学器件大很多。

在微软,谷歌,Magic Leap 、DigiLens 等厂商的推动下,光波导目前成为 AR 眼镜的主流技术。光波导技术在 AR 领域的技术发展前景是明确的,但预计在中近期难以大规模普及。

交互性是 VR/AR 的另一个关键要素,如何实现设备对人的感知,以及人和设备的交互成为 VR/AR 技术中重要一部分。目前,在感知交互领域中,主要包括追踪定位、手势交互、机器视觉、触觉反馈、眼球追踪、沉浸声场即虚拟移动等技术。

VR/AR 感知交互技术路标

定位追踪技术的目的是,感知人体的每一个动作(头部旋转、位置移动),并在虚拟世界产生相应的效果,带来沉浸感。定位技术的原理简单概括,就是“信号源+传感器”,使用相应的算法,计算出物体的位置信息(包括 xyz 三轴及旋转共六个自由度,6DoF)。

定位追踪技术在实现上主要分为两类,即“Outside-in”和“Inside-out”。2017 年,由外向内(Outside-in)追踪定位技术实现产品化,并开始大量用于体验馆、线下门店等商业场景。Outside-in 需要在房间里布置传感器的摆放或者悬挂位置,如果你想把 VR 体验场地换到另外一个房间,传感器的摆放就又得重新布置。

VR 追踪定位技术对比

SLAM(Simultaneous localization and mapping,同步定位与建图)技术近几年开始成熟,并被用于 VR/AR等消费者产品的追踪定位。简单理解,SLAM 就是某种设备(机器人、VR/AR 设备)来到陌生环境中,需要精准建立时空对应关系,并回答“我在哪里?”“这是什么地方?”“我该怎么走?”等问题,也就是定位、建图和路径规划。由此可见,SLAM 是一套要求实时性和准确性的大型系统,涉及硬件上高速度高精度的感知和姿态跟踪、算法上多线程并发执行,资源的分配、读写的协调、地图数据的管理、优化和准确性等系统整合的众多问题 。

手势交互:目前以基于手柄的“6+6”交互为主流,未来将以裸手交互为趋势。手势识别的原理并不复杂,它通过硬件捕获自然信号,就像相机捕获图片信息那样,然后通过软件算法计算得到手的位置、姿态、手势等,处理成计算机可以理解的信息。但如果 VR 设备要做到高精度和高稳定性的手势交互,则对硬件和算法均具有较高的要求。

其中,硬件方案可以分为基于手柄的非裸手交互控制,以及裸手交互。裸手交互(原生手势识别) 方案则更为复杂,需要识别出手部骨架的 21 或 26 个关键点,并将每个点用 3个自由度衡量,输出 21/26*3 维的矢量,并由专业算法来识别手部的姿态和位置。裸手交互的硬件方案包括 RGB 摄像头、3D 摄像头(TOF、结构光、双目视觉)和数据手套等,业界标杆是以 Leap Motion 和 uSens 为代表的双目红外相机方案,支持双手交互、单手 26DoF 跟踪,广泛用于一体式、主机式虚拟现实终端。

目前,手势识别技术的落地场景还比较有限,主要在 VR 游戏场景中,另一方面,手势识别技术存在使用疲劳、识别率不高、精确性较差和时延等方面的固有问题,因此还处于比较早期的发展阶段。

四、杀手级应用会是什么?

随着技术的日趋成熟、“双 G”部署加速的背景下,VR 逐渐在以视频、游戏、直播为主的娱乐应用领域落地,并在以教育培训、营销等为主的 B 端垂直应用领域得到发展。据报道,在中国 AR/VR 行业应用结构中,按销售额计算,游戏应用市场规模 28.6 亿元,占比 35.7%,其次为视频和直播,占比分别为 20.3%和 11.2%。在 2B 市场中,房地产、工程、教育、医疗领域名列前位。展望未来,预测 2021 年游戏应用市场规模可达 206.4 亿元,占比 37.9%;视频类市场规模可达 116.5 亿元,占比 21.4%;直播类可达 64.3亿元,占比 21.4%;教育应用可达 50.6 亿元,市场占比 9.3%。若按内容结构分析,2018 年国内 VR/AR 市场消费级内容占比 66.5%,企业级占比 33.5%,虽然目前消费级内容占据较大比重,但金准产业研究团队认为企业级市场将在未来几年得到迅速发展。根据赛迪预测,2021 年企业级内容占比可增长至 45.5%。

4.1 2C 市场:VR 直播、VR 游戏有望率先落地

VR/AR 行业应用结构中,2018 年直播市场规模为 9 亿元,2021年 VR 直播的市场规模将达到 64.3 亿元,市场占比为 11.8%。VR 直播即通过在广播电视采集制作过程中采用全景摄像技术对进行内容录制,将虚拟内容创作、视频内容拼接和编解码等,并使内容在设备上呈现,让观众获 得人与内容场景互动的体验。与传统直播差异在于:1)沉浸感强:VR 直播提供 180°或 360°全景视角;2)画面立体,趣味性强:通过近眼 3D 显示让画面更立体且真实,使得观众有“身临其境”的体验,趣味性强;3)主动性强:可实现更多交互,用户可以自由选择任意角度,跳出了传统 2D 平面视频的视角框定,由体验者主动选择想观看的内容,而非被动接受内容。与传统直播不同,VR 直播对于网络的要求较高,通常要求大带宽上行和下行网络,传统视频承载网络方案难以满足。但随着千兆宽带入户(10G PON 光纤接入技术为基数的千兆接入时代) 与 5G 规模化部署,网络传输带宽将优化,使得 VR 直播普及。

VR 游戏:追求“沉浸感”、 庞大的用户基数、较强用户粘性等特点推动 VR 游戏落地 。VR 内容中游戏一直是备受用户青睐的重要领域,VR 游戏按照使用设备的不同大致可以划分为 VR 线上游戏和 VR 场地游戏。VR 线上游戏需要用户使用 PC 端或者主机端配套 VR 头显等设备来获得出色的沉浸式体验,目前的目标客户群体主要面向重度玩家或专业游戏爱好者,而 VR 场地游戏提供商需要搭建 VR 展台等体验设施供用户游玩,而用户无需自己额外配套相应 VR 设备,主打广阔的大众需求,因此对用户硬件需求并不高。

中国 VR/AR 行业应用中游戏领域占比始终领跑整个应用环节。2018 年中国游戏领域市场规模为 28.6 亿元,占比达到 35.7%,赛迪预测 2021 年市场规模增长至 206.4 亿元,该占比将会扩大至 37.9%。同时游戏领域市场增速不容小觑,2018 年全球 VR 游戏市场的价值为 103 亿美元,展望未来,IMARC Group 预测该市场到 2024 年将达到 402 亿美元,在 2019-2024 年期间的复合年增长率为 25.5%。目前涉足 VR 游戏领域的公司既有创业型公司,传统游戏转型 VR 游戏的厂商,也有各大游戏巨头的积极参与。

4.2 2B 市场:教育、培训类场景市场潜力大

2B 市场,VR/AR 存在高度定制化的特点,使其一方面存在需求较为稳定且可较早实现盈利的特性,另一方面存在难以规模化推广的难题。和 2C 场景不同,2B 应用的规模普及最重要的因素是“商业价值可衡量”,即要让客户看得到清晰的“商业价值”,如可否降低运作成本、提高工作效率,或是具有良好的投资回报率。金准产业研究团队认为 B 端市场,教育、培训、营销类领域具有较大的市场空间及目标用户,VR/AR 技术与垂直行业的结合能够解决目前存在的一部分痛点,商业模式相对清晰,将首先落地;另一方面,受客流量、内容、整体体验水平、民众对 VR 认知等多因素影响,VR 线下体验店盈利情况并不乐观。

教育是 VR B 端市场最先落地的应用领域之一,市场潜力大、目标用户多、政策支持力度大的特点驱动资本密集投向教育培训领域。整体而言,VR 在教育培训领域的应用可以分为 K-12 基础教育、高等教育和企业培训:

VR 在 K-12 基础教育的应用有利于结合虚拟现实沉浸式教学的体验,解决课堂教学中的抽象、困难的知识点,让学生有“身临其境”的体验,有效改善传统教育存在学生主动性、积极性不足等问题,充分结合 VR 沉浸性、交互性、空间性的特点 。

在高等教育领域,VR 教育在医学、化学等需要重复进行实验,以及考古、设计等需将抽象知识具体场景化的学科领域将发挥价值,VR 实验室、VR 设计工坊等方面部署能够打破实验教学的场地、费用等限制,积极推动 VR 在科研创新中应用。

VR 在企业实训/职业教育领域的应用通常需要定定制化的方案,金准产业研究团队认为其在高成本、高危险领域将首先落地。首先,在石油、电力等领域,员工培训经常需要重大且昂贵的硬件设备、较大的场地,造成员工的培训费用高,VR 则可帮助企业解决硬件设备及场地问题,有效提高培训效率;其次,在消防、化工、医疗、航空航天等领域,员工在真实环境下实训存在较高危险系数,而 VR 可有效在虚拟环境下通过沉浸式的教学让学员能够有“身临其境”的感觉,同时避免实训风险、降低操作成本,提高教学质量。

目前 VR 在航空航天、安防教育培训领域已有落地应用;以航空航天为例,目前空军已有小范围试用针对战术飞行训练系统,主要是将学员的初步(基础) 的培训会通过 VR 模拟机运行,以节省成本。该类方案通常为定制化,价格在百万区间,可有效解决教师人力成本和实训的成本,避免实训风险。金准产业研究团队认为企业在高成本、高风险领域实训成本及风险过高,可以先让学员在 VR 中熟练操作,反复不断练习,以降低成本。此外,对于火灾演练、紧急情况应对演练等培训,出于安全的原因无法还原真实场景,学员训练一般缺乏真实感和紧张感。在虚拟的世界中可以营造真实的灾难现场。

4.3 VR/AR 体验店:存在不确定性

娱乐类的 2B 场景主要为各类 VR/AR 主题体验店或者电子竞技馆。2018 年全国 VR 线下体验店规模达到 20.9亿元,同比上涨 99.0%,预计未来增速会显著下降。但是目前看来,受客流量、内容、整体体验水平、民众对VR 认知等多因素影响,很多虚拟现实线下体验店盈利情况并不乐观。另一方面是消费者在体验 VR 的过程中,缺少类似于电影或网吧等的社交互动性,难以与共同来体验的好友交流,进一步影响了体验店和竞技馆的接受度和盈利能力。

五、VR/AR前景展望

5.1一体机 VR 将逐步超过 PC VR

从终端形态来看,目前 VR 头显目前主要分为主机式(PC VR),手机式(手机盒子),一体式三类。

2016 年以前,主要以手机盒子形态为主,例如 Pico1,三星的 Gear VR 等。这类产品成本较低,使用简单,普及较快。手机盒子的问题在于对手机屏幕的分辨率要求较高,也对不同手机的兼容性要求较高,没有互动性,受限于手机的处理能力,也难以做进一步的开发和升级。因此手机盒子 VR 只是一个过渡,不会成为 VR 的主流形态。

2017 年,PC VR 开始兴起,第一代 PC VR 包括 Oculus Rift、HTC Vive、PS VR 等。PC VR 能实现的功能强大许多,如位置追踪、无线控制等等,搭配丰富的遥控套件,在游戏体验方面更为出色。但是这些设备并没 2017 年,PC VR 开始兴起,第一代 PC VR 包括 Oculus Rift、HTC Vive、PS VR 等。PC VR 能实现的功能强大许多,如位置追踪、无线控制等等,搭配丰富的遥控套件,在游戏体验方面更为出色。但是这些设备并没能培养出一个积极活跃的消费生态。一方面是高昂的价格,另一方面是由于系统适配问题,需要复杂的安装、调试并处理兼容性,因此买来往往被长期闲置。

目前,以 Facebook 的 Oculus Quest 为代表的一体机 VR 开始被越来越多人认为是 VR 设备的未来主流形态。一体机 VR 本身内置处理器,并集成屏幕,意味着没有线缆,没有外部传感器,无需 PC 和智能手机,只要戴上VR,启动系统,马上步入虚拟世界。金准产业研究团队认为,目前 VR 一体机的问题在于技术门槛过高、成本过高,目前的技术水平下,体验比主机式 VR 要弱一些。

一体机 VR 逐渐配备上 PC VR 已具备的先进技术特性,比如的头手双 6DoF 等。一体机 VR 在未来的技术迭代还包括全身动捕技术、眼动追踪技术、面部捕捉技术、变焦显示技术等前沿技术的集成(这些技术或将分批次集成),以及产品的简易轻便小型化。未来五年,PC VR 和一体机 VR 将作为 VR 主要的两条产品线并行发展,一体机 VR 或将逐渐超过 PC VR成为最大的市场。

5.2产业链机遇在终端、网络和内容

VR/AR 产业链条长,参与主体多,主要分为内容应用、终端器件、网络平台和内容生产。 终端器件方面,主要涉及头显整机、感知交互和关键器件;网络通信/云控平台方面,虚拟现实为 5G 网络的市场经营和业务发展探索新的机会;内容应用方面,VR 的解决方案聚焦在文化娱乐、教育培训、工业生产、医疗健康和商贸创意方面;内容生产系统方面,主要涉及操作系统、开发引擎和 SDK 等开发环境和全景相机、拼接缝合、三维重建等采集系统。

结语

金准产业研究团队认为,2016年前后VR概念备受资本追捧,随后却进入低谷,很多VR产业投入变成“烂尾”,一些线下VR体验门店关门谢客。随着5G的临近,VR/AR行业的声音又多了起来,寒冬似乎即将过去,新一轮浪潮就要来临。但是,金准产业研究团队认为网络并不是VR/AR行业遇冷的基本原因,硬件技术无重大突破、内容匮乏才是亟待解决的根本,只有在解决了硬件技术和内容问题后,相信在5G的加持下,VR/AR必定会创造出一篇新蓝海。