元宇宙行业130页深度研究:元宇宙引领未来20年科技发展浪潮

通常认为,元宇宙(Metaverse)在 1992年的科幻小说《雪崩》中被首次提出,而这 一概念于 2021 年重回人们视野,成为全球热点,受到产业和资本市场的高度关注。探寻 原因,我们认为,背后的推动力是近年相关技术出现创新和突破,逐渐进入落地阶段。算 力供应快速增长、云计算价格持续下降、人工智能软硬件持续发展、VR 技术逐渐成熟等 一系列的技术进步让人们重燃对未来数字化发展的展望,推动元宇宙重新进入视野。

2021 年 3 月,Roblox 在美股上市,招股书中大量描述元宇宙概念和理解,并表示公司目标打造元宇宙。Roblox 上市当天股价大涨 54%且后续表现稳定,引起资本市场对元 宇宙概念的关注。

作为被资本市场认为和元宇宙高度相关的公司,Roblox 分别于 2021 年 5 月和 11 月 出现了约 50%和约 90%的涨幅,但在阶段性行情后股价均已回落。2022 年 2 月 11 日, Roblox 收盘价为 66.81 美元,相较于 2021 年 3 月的直接发行价 45 美元上涨 48.5%,亦 能看到资本市场对元宇宙概念的关注度。

Meta 对元宇宙概念的热度上涨起到了重要推动作用。2021 年上半年,扎克伯格在接 受 The Information、CNET等媒体的采访中频繁表示看好 AR/VR 领域和重视虚拟世界应 用 Facebook Horizon 的建设,并在 Facebook 的 Workrooms中接受虚拟采访,引发关注。2021 年 7 月,扎克伯格表示 Facebook 将用五年左右的时间,从一家社交媒体公司过渡到 一家元宇宙公司,继续引发市场热度。2021 年 10 月,扎克伯格宣布 Facebook 改名 Meta, 公司未来将以元宇宙为先,而不是以 Facebook 为先,推动元宇宙概念进入热度高点。

虽然 Meta 在元宇宙上频繁表态、转型决心坚定,但股价并未因此出现显著的行情。

2021 年内,字节跳动以 90 亿人民币的高价收购 Pico、英伟达发布会虚拟黄仁勋、微 软宣布进军企业元宇宙等高热度事件推动概念热度持续上涨,中美科技巨头陆续表态元宇 宙想法或计划,并伴随 NFT 破圈、苹果 AR 产品推出的预期等,元宇宙概念在全球范围持 续成为科技产业热点话题,并引发了社会层面的关注度。

伴随元宇宙热点事件的不断出现,中美二级市场表现出了不同的元宇宙行情走势。美股二级市场在元宇宙的行情走势主要集中在三只个股上,英伟达、Roblox、Unity, 所在领域分别是 GPU 及元宇宙开发者平台、UGC 游戏平台、3D 引擎,和元宇宙契合度均较高,具备显著的关键行业占位逻辑。

受益于主题行情推动,三只个股都出现了一波明显上涨,但截至 2022 年 1 月 31 日, Roblox 和 Unity 均已回落至上涨前区间,英伟达已从高点下行。同时,我们看到在元宇宙概念上表态最频繁、动作最大的 Meta 并未出现大的主题行 情走势,微软、苹果等有相应布局的科技巨头亦未受到元宇宙概念的显著影响。从实际情况来看,基本面还是美股投资的核心。

A 股在 2021 年则出现了较为明显的元宇宙主题行情,相应个股在不同阶段上涨:

约 8 月底到 9 月底,以元宇宙概念表态、元宇宙游戏为主题点,主要动作为宣布布局 元宇宙、宣布制作元宇宙游戏;约 10 月底到 11 月,以虚拟社区、NFT 为主题点,主要动作同样是宣布布局;约 12 月初开始,以虚拟人为主题点,推动关注营销影视、虚拟人制作等领域。

期间,歌尔股份等布局领先的VR/AR 电子产业链个股,也有一定的涨幅,但整体来说,相关电子产业链个股的涨幅未形成主题行情。总的来说,A 股元宇宙主题行情热度较高,也在市场上引起了一定的关注度。主题行 情行业集中在应用端,以主题轮动的方式在市场上产生交易热度。

2020 年全球算力总规模同比增长 39%,算力规模连续三年增速超过 30%。2020 年全球算力总规模依旧保持增 长态势,总规模达 429EFlops,同比增长 39%,其中基础算力规模 313EFlops,智能算力 规模 107EFlops,超算算力规模 9EFlops,智能算力占比有所提高。我国算力发展节奏与 全球相似,2020 年我国算力总规模达到 135EFlops,占全球算力规模的 39%,实现 55% 的高位增长,并实现连续三年增速保持 40%以上。

在算力规模增长中,人工智能受益最大,智能算力占比增长迅速。算力结构上,我国 与全球发展情况相似,智能算力增长迅速,占比从 2016 年的 3%提升至 2020 年的 41%。而基础算力占比由 2016 年的 95%下降至 2020 年的 57%,在下游需求驱动下,以智能计 算中心为代表的人工智能算力基础设施发展迅猛。同时在未来需求方面,随着人工智能的普及,预计到 2030 年, 人工智能算力的需求将相当于 1600 亿颗高通骁龙 855 内置 AI 芯片,相当于 2018 年的约 390 倍,2020 年的约 120 倍。

整体上看,AWS EC2 各个产品的标准化价格下降明显。根据 ICEAA 数据,对 Linux 和 RHEL 多个产品的价格进行标准化处理后,发现标准化价格从 2013 年到 2018 年下降 了 44%,平均每年降价 8.5%,其中曲线向下倾斜表示新一代产品比上一代价格更低。虽 然在一段时间内价格小幅上涨,但又降回原来的价格,说明尽管有市场波动,EC2 价格依 旧保持长期下降。

细分产品上看,标准性能算力与中高性能算力产品价格皆呈阶梯式下降。从过去云厂 商各类产品的报价中可以发现,以 AWS 与 Google 产品为例,美国东部地区的 Linux 按需 使用价格正在阶梯式降低。具有 2 个 vCPU,2 个 ECU 和 7.5GiB 的ge 产品价格从 2008 年的约 0.4 美元/小时,持续下降到了目前的约 0.18 美元/小时, 而 Google Cloud 具有 8 个 vCPU 与 30GB 内存的 n1-standard-8 产品的按需使用价格也 从 2014 年的 0.5 美元/小时下降到目前的 0.38 美元/小时,可见云计算价格呈全面下降趋 势。

人工智能(AI)指利用技术学习人、模拟人,乃至超越人类智能的综合学科。人工智 能技术可以显著提升人类效率,在图像识别、语音识别等领域快速完成识别和复杂运算。此外,面对开放性问题,人工智能技术亦可通过穷举计算找到人类预料之外的规律和关联。自 1956 年“人工智能”概念首次被提出,AI 技术“三起两落”。本轮人工智能腾飞受益 于持续提升的 AI 算力、神经网络算法的优化,有望在图像识别、语音识别、训练和推理领 域领域进一步提升效率。

硬件:得益于 AI 芯片算力的提升,全球 AI 训练的成本、时间相比过去得到大幅降低。

AI 芯片算力过去 9 年提升约 315 倍。目前,AI 芯片主要应用于数据中心、边缘 计算等领域,按照功能的划分,可以分为训练和推理两种应用场景。以全球 AI芯片领军者英伟达的发展状况来看,公司 AI 芯片算力由 2012 年的 4Tops 提升至 2021 年的 1248Tops,9 年时间提升了约 315 倍。

AI 硬件训练成本近 5 年降幅约 55%。ImageNet 是一个包含超过 1400 万张图像 的数据集,用于训练人工智能算法。根据斯坦福 DAWNBench 团队的测试,2020 年训练一个现代的图像识别系统仅需约 7.5 美元,比 2017 年的 1100 美元下降了 99%以上,主要受益于算法设计的优化、算力成本的下降,以及大规模人工智能 训练基础设施的进步。训练系统的速度越快,评估并用新数据更新系统的速度就 越快,这将进一步加快 ImageNet 系统的训练速度,提高开发和部署人工智能系 统的生产力。

训练时间分布上看,训练所需时间全面降低。Imagnet 训练时间,在过去 3 年时间大幅降低。其中模型训练时间的最高值,由 2018 年的 1 万分钟降低至 2020 年的 1 分钟;模型训练时间的最小值,由 2018年的 9 分钟降低至 2020 年的 0.6 分钟。训练时间大大缩短,且训练时间的分布 更加集中,主要受益于加速器芯片的广泛使用。

软件算法:从 CV 向 NLP 延伸。由于底层算力的提高,以往算力无法支持的算法得以 实现,尤其是深度学习方面,正在向深度神经网络过渡。计算机视觉通过机器学习取得巨 大突破,这一方法正逐渐向自然语言处理(NLP:Natural Language Processing)延伸, 可处理数据类型也从图像延伸至文本,使得计算机有处理人类自然语言的能力,并因此催 生出搜索引擎优化、推荐算法等实际应用场景。

计算机视觉准确率测试成绩明显提升,正处于产业化阶段。计算机视觉在过去的 十年里取得了巨大的进步,这主要归功于机器学习技术(特别是深度学习)的应 用。Top-1 准确度测试可测试 AI 系统为图像分配正确标签的能力,尤其用于测试 单次预测是否与目标标签相同。近年来,研究人员开始专注于通过额外的训练数 据(例如来自社交媒体的照片)对他们的系统进行预训练来提高性能,2021 年 1 月在 Top-1 准确度测试上每 10 次尝试中会出现 1 次错误,而 2012 年 12 月每 10 次尝试中会出现 4 次错误。而另一项精确率测试 Top-5 会让计算机回答目标标签是否在提供的 5 个预测中,其准确率从 2013 年的 85%提高到 2021 年的 99%,近乎接近零误差。

NLP 语言测试任务中,人工智能表现超过“人类基线”。近年 NLP 技术的进步导 致数十亿人访问的大规模系统发生了重大变化,并已开始对世界产生有意义的经 济影响。谷歌和微软都在他们的搜索引擎中部署了 BERT 语言模型,而 OpenAI 等公司也开发了其他大型语言模型。此外,NLP 的性能也得到了极大提升,在任 务测试表现上达到甚至超过人类水平。SuperGLUE 是 2019 年推出的单指标基 准,用于评估模型在已建立数据集上的完成语言理解任务的性能。SuperGLUE 标定的“人类基线,而微软的 DeBERTa 模型目前得分为 90.3,这意味着 AI 系统在整个套件的平均性能超过了人类基线的表现。

经过多年发展,VR 设备所需的显示、光学、定位等关键技术逐步完善,电子产业链 可以供应稳定成熟的解决方案,同时,在软硬件结合上,出现了 Video See-through 解决 方案,结合摄像头和实时渲染,打破 VR 使用者对于周围区域未知的体验限制,带来 VR 显示内容与环境渲染的结合,整体推动 VR 终端设备开始走向下一发展阶段。(报告来源:未来智库)

从缘起思考,全球科技巨头布局元宇宙的本质是去探寻未来信息技术的发展方向和市 场机遇。回顾过去 20 年,信息技术和互联网将社会中人和人的关系大量在线化、数字化, 已经深刻改变了人类生活和社会经济。信息技术将继续发展,其在社会中的形态也将进一 步演进,在科技巨头寻找未来数字生活形态时,元宇宙作为一个具有吸引力的愿景被发掘、 进而受到市场关注。

我们认为,元宇宙是下一代互联网和更广义数字化的总和,以 3D 化、UGC、更长在 线时间为突出特点,包含 XR、AI、5G 等技术在 C 端和 B 端的全面应用,最终指向人类 未来数字化生存。元宇宙内涵极为丰富,包含互联网、产业数字化、智能化、物联网、高 算力设备、高速无线通信等领域和技术。

1. 元宇宙的呈现方式将从 2D 向 3D 演进,从平面视觉向更丰富的感官体验发展, 带来沉浸式体验,同时虚拟与现实的结合也将更为紧密。

过去 20 年,无论 PC 还是手机,互联网呈现方式都是依托于屏幕,提供 2D 平面视觉 体验。我们认为,未来互联网将出现升维的过程,呈现的方式将从 2D 向 3D 发展,元宇 宙有望通过 VR/AR 设备,以及目前仍存在于概念阶段的触感设备,甚至脑机接口等,来 提供 3D 视觉,甚至触觉、嗅觉等更丰富的体验,核心是用户在使用体验上的全面升级。

元宇宙所带来的沉浸式体验,包含完全虚拟、数字现实结合等多种内涵。以 VR 为代 表的沉浸式完全虚拟世界是对元宇宙的重要愿景,同时,通过 AR/MR 等设备,虚拟与现 实的结合也有望更加紧密,带来数字世界与物理世界的融合,在生活、生产等各方面发挥 更重要的作用,带来更大的想象力。

由互联网继续发展、下一代智能交互终端、智能可穿戴设备(如带有血氧、血压、心 电图等健康功能的可穿戴设备)、沉浸式体验等众多因素催化,我们认为往元宇宙发展的 过程中,人类的在线时间会极大拉长、直到接近每日 24 小时在线。物理世界和数字世界 的界限将会模糊,人类大部分时间将同时存在于物理世界和数字世界中。(注:在线时间 是指人类与互联网的连接时间,不等于主动上网时间)

回顾互联网发展,用户在线时长的提升会持续带来行业的发展机遇,同时伴随各行各 业的数字化变革。在过去 20 年,消费互联网巨头对我们日常生活和娱乐进行了大量的数 字化改造,出现了电商、社交软件、在线游戏、短视频等众多大赛道,生活和娱乐的在线 化已经造就了中国顶级互联网公司。当前时间点,人类的工作时间在线化、数字化发展正 在进行中,产业互联网、产业数字化的机遇被不断提及,云计算、IDC、工业软件、数字 孪生等行业持续受到关注。

往元宇宙发展的过程中,我们认为人类在线时间进一步拉长将成为突出特点,时间拉 长将是多方面共同作用的结果:

1)沉浸式体验带来的感官体验升级,会让人们愿意在虚拟世界中停留更长的时间;

2)工作时间的在线化和数字化,使得人类在线)智能汽车、物联网等陆续落地,中远期 AR/MR、智能可穿戴设备等有望带来数字 世界与现实世界融合,使得人类长时间保持在线状态等。

在线时间不断拉长的过程中,我们认为将伴随千行百业的数字化变革,对多行业产生 挑战和机遇。我们已经看到数字化变革对于诸如零售、广告、音乐等行业的结构性重塑, 伴随人类在线时间的拉长,这一过程也将在更多行业中出现。

例如我们看到,智能可穿戴设备在持续发展,以 Apple Watch 为例,经过多年的迭代 升级,其医疗健康相关的功能开始逐步出现,血氧检测、ECG 等功能在中美得到主管部门 审批后开始应用。2021 年 12 月,华为发布智能手表华为 WATCH D,支持腕部的血压测 量与心电采集,设备已经国家药监局批准为二类医疗器械。未来,智能可穿戴设备的医疗健康功能有望进一步拓展,带来对家庭保健,甚至是医疗检测行业的数字化变革的想象力。

我们认为,在元宇宙中,内容的生产模式将更多向 UGC 转移,互联网平台公司扮演 的角色也将从内容提供商向内容创作消费平台转变,用户既是内容消费者也能成为内容的 生产者。

在向元宇宙发展的过程中,我们认为,UGC 将逐渐成为互联网内容的重要组成部分, 未来,用户既是内容消费者,同样也可以是内容的生产者;互联网平台类公司的角色,将 从现在的内容提供商向内容创作消费平台演进,更可能像是元宇宙时代的基础设施。

另一方面,当 UGC 成为数字世界中的重要部分,也就意味着海量数字资产将被持续 创造。在当前的互联网中,数字资产有一定经济规模,但大部分数字资产的价值来源都是 其锚定的某个现实资产的价值。在未来,原生数字资产价值有望进一步发展扩大,产生更 大的规模。现在互联网中,例如游戏中售卖的道具,是典型的原生数字资产,但现在规模 还较小,且基本由公司生产后、售卖给用户,即以 PGC 为主。

预计在未来的数字生活中,原生数字资产的交易会成为重要的一部分,互联网用户之 间可以交易包括自己创造的在内的绝大部分数字资产,即 UGC 的交易。但当前的互联网 中,数字资产的交易、防伪、确权、溯源等关键问题都还没有很好地解决,伪造数字资产, 例如虚拟世界中的画作,门槛和难度都较低,直接阻碍了后续发展。

这些虚拟数字资产凝聚了创作者的工作和灵感,具有使用和交易价值。未来,在元宇 宙的世界中,会产生更宏大的数字经济规模,同时,数字资产如何保护和监管,也就成了 科技创新所面临的新的法律和社会课题。

元宇宙是下一代科技发展的重要方向,有望带来极大的终极产业机遇,我们将看到企 业陆续进场。但现阶段,我们距离终极元宇宙还有较长的距离,目前的底层技术还不能够 支持想象中的各类体验,需要多行业的持续创新和突破,在技术路线、所需时间、商业化 效果等多方面都还具有诸多不确定性。

在初期阶段,元宇宙以概念探索和营销手段为主,但仍将受到市场关注。相关公司有 望在游戏、NFT、终端设备、虚拟人、社交应用等元宇宙细分赛道陆续发声,持续引发市 场关注,但业绩兑现尚需要时间。

中长期来看,我们认为元宇宙是重要的发展方向,将带来新的市场空间和企业价值的 重新切割。

在移动互联网发展上,全球智能手机出货量于 2017 年达到高点后开始下降、中国移 动互联网用户占国内总体用户规模的比例接近 100%、三大运营商移动互联网用户数总和 增长停滞,结合多因素,我们认为,在经历近 10 年的高速发展后,移动互联网、特别是 中国移动互联网用户红利逐渐接近尾声。

随着信息技术的继续发展和在元宇宙上的持续布局,我们看好科技公司向元宇宙的沉 浸式体验、在线时间增长、UGC 等突出特点不断探索,陆续落地成更多的用户端产品, 并催动全球互联网渗透率的继续提升。

综合考虑过去增速情况以及疫情客观催化的在线化需求,我们预计互联网渗透率有望 以约每年 1.5 个百分点的速度继续增长,在 2025 年超过 65%,并叠加全球人口的增长预 期,带来约 7.8 亿的新增互联网用户。

远期维度,我们认为,AR/MR 设备有望继续迭代升级,将在穿戴性、应用、电池、 算力等多方面持续进步,以增强现实/混合现实的呈现方式与日常生活、工作、娱乐等各方 面高度融合,并最终呈现对智能手机的替代趋势。

1)互联网渗透率有望进一步增长,叠加世界人口的预期增长,带来更大互联网用户 体量;

2)受益于代表性行业的继续发展、用户在线时间增长、元宇宙应用逐渐落地等因素, 单用户消费额有望继续增长;

我们把对元宇宙远期维度(2040 年)的市场空间预测拆分为两部分:1)XR 终端的 市场规模;2)单用户消费额增长带来的市场空间。

首先,虽然当前全球互联网渗透率已经超过 58%,且我们上文预测将于 2025 年达到 65%,但考虑到婴幼儿和大龄老年人的渗透难度、全球部分欠发达地区互联网长期发展情 况不确定等因素,我们中性假设全球互联网渗透率将在 2040 年达到 75%。

对于 XR 终端的市场规模,我们假设 2040 年 XR 终端已经完成对智能手机的替代趋 势,呈现市场结构稳定的态势,综合考虑全球互联网用户规模的增长、当前全球智能手机 出货量、当前全球智能手机平均售价,我们对 XR 终端市场规模远期预测使用当前智能手 机的大致基准,预测 2040 年 XR 终端年出货量为 14 亿台、ASP 为 300 美元,市场规模 为 4200 亿美元。

对于单用户消费,我们采用单用户消费额年增长和单用户消费年增长率两个口径进行 计算,分别得到 20 年维度,单用户互联网消费额增长约 1.7 倍和 9.7 倍的结果,叠加全球 互联网用户数增长的预期,带来约 9 万亿和 42 万亿美元的增量空间。对于计算结果,我 们认为以 20 年的角度去看,单用户消费额增长的数字均处于可理解范围内。

综合我们对于 XR 终端和用户消费市场空间的预测,我们认为,远期维度,元宇宙将 带来超十万亿美元的市场空间。(报告来源:未来智库)

iPhone 连点创新,开启移动互联网行业红利。iPhone 作为连点成线的集大成产品, 将多点触控屏幕、操作系统、应用开发平台、SoC 芯片、电池、云储存等关键技术串联起 来,无论是真正开启智能手机时代的第一代 iPhone,还是奠定苹果在智能手机领先地位的 划时代产品 iPhone 4,亦或是引领全面屏时代的 iPhone X,苹果的每一次创新革命都引 领着全行业的进步,智能终端产品的持续迭代亦拉开了整个移动互联网浪潮的大幕。

产品持续创新,独特生态闭环支撑长期增长。自 2007 年第一代 iPhone 推出以来,凭 借拥有庞大用户规模的独特生态体系,以及对智能手机交互、内容、场景、算力的不断革 新,苹果 15 年间市值累计上涨超 37 倍。

交互:1)多点触控:第一代 iPhone 推出以多点触控为基础的交互方式,对机械 键盘和单点操控进行完全革新,开启了智能手机的触屏时代。2)大容量电池:通 过电池容量的不断扩大提升续航能力,以支持更长的使用时间和更加丰富的用户 体验。

内容:1)操作系统:苹果自 2013 年 9 月推出 iOS 7 后建立真正的智能操作系统, 持续稳定的操作体验和独特封闭的生态不断强化用户粘性和心智。2)应用开发平 台:2008 年 7 月,苹果推出 App Store,使应用发布从以往传统的零售店拷贝方 式变为网络在线销售,为 App 开发者提供了高效便捷的软件销售平台,开创了移 动应用开发生态,同时成为后期公司重要的收入来源。同时我们从中国市场看, 随着操作系统、开发方式的大幅改善,移动互联网浪潮席卷而来。

场景:2011 年 6 月,苹果正式发布针对云储存与计算业务 iCloud,可实现苹果所 有设备之间内容的无缝衔接。

算力:自 iPhone 4 搭载首款自研 A4 处理器后,每一代 iPhone 的推出都配备着 算力更强、性能更好的 SoC 芯片。例如,最新推出的 iPhone 13 系列搭载的 A15仿生芯片采用 5nm 工艺技术,有 150 亿颗晶体管,AI 算力达 15.8TOPS(A14 芯片为 110 亿晶体管,算力为 11TOPS)。同时,A15 芯片搭载全新 6 核 CPU, 包括 2 颗性能核心和 4 颗能效核心,CPU 性能提升 50%。每一代 iPhone 更好的 功能创新、使用体验和续航能力都离不开底层芯片的坚实支撑。

首先是硬件方面,智能手机的革新离不开三大硬件的底层支持:片上系统(SoC)、 多点触摸屏和大容量锂电池,同时高分辨率摄像头等硬件进步也极大丰富了智能手机的应 用场景。片上系统(SoC)的发展全面提升了智能手机在图形、视频及 3D 处理能力方面 的提升;多点触摸屏则取代了键盘开启全新的交互方式;大容量锂电池替代了前几代电池 成为智能手机标配,大幅提升续航时间。同时,高分辨率摄像头的加入极大丰富了智能手 机的应用场景。

片上系统(SoC)高度集成,融合多项核心于一体。SoC 的概念出现在上世纪 90 年代。SoC 全称为“System on Chip”,即片上系统,是集成于单个芯片上的完整的处理系 统。智能手机极致地追求轻、薄、短、小,一般把尽可能多的外围接口电路和中央处理器 集成在一颗芯片中。SoC 上集成了 CPU、GPU、SP、ISP、RAM 运行内存、Wi-Fi 控制 器、基带芯片以及音频芯片等部件。其中,最核心的部分包括中央处理器(CPU)、图形 处理单元(GPU)和 RAM:CPU 影响手机性能和应用,GPU 处理与图形有关的任务,例 如可视化应用程序的用户界面和 2D/3D 游戏,RAM 内存决定了手机处理多任务的能力。高度集成化的 SoC 不仅节约空间,还能减低能耗和成本。

智能手机的发展对 SoC 提出更高的要求。智能手机功能强大,不仅是一部手机,更 是装在口袋里智能终端,各项功能的实现都需要强大的 SoC 支持。以 iPhone 为例,初代 的 iPhone 3G 用的是三星的 SOC 处理器,S5L8900,采用 90nm 工艺制造,主频在 412 -620Mhz,内部采用 ARM11,并集成一个 GPU,PowerVRMBX-lite。随着 iPhone 的逐 步升级,功能越来越强大,苹果也走上自研处理器的道路,推出了自己的 A 系列芯片。目 前,市面上主要的 SoC 厂商包括苹果、三星、高通、华为、联发科等等。SoC 的不断迭 代也引领着智能手机的进步。

多点触摸屏在 iPhone 之后成为智能手机的标配。iPhone 作为智能手机的样本,其令 人耳目一新的主要特点之一就是采用多点手指触控屏,淘汰了以前手机翻盖、滑盖的复杂 结构和触控笔,极大改善用户体验。从此之后,智能手机都以平板显示+手指多点触控屏 的面貌出现。

1)美国马文镇皇家雷达研究所的 E.A. Johnson 第一个提出触摸屏概念,并试制出第 一块电容式触摸屏;

2)1971 年,美国发明家塞缪尔.赫斯特(Samuel Hurst)发明了电阻式触控屏;

3)1993 年,美国 IBM 推出全球第一款触屏手机——IBM Simon,它被公认为世界上 第一部触屏智能手机。同年,苹果公司也推出可触屏的 Newton 掌上电脑;

4)1998 年,美国 AuthenTec 公司成立,它是苹果智能手机创新功能的支持者。AuthenTec 是全球感应性指纹识别传感器最大供应商,也是苹果 iPhone 手机上的 Touch ID 的缔造者。

大容量电池是智能手机功能释放的保障。强大 SoC 和多点触摸屏的应用在实现智能 手机性能释放的同时,也带来了能耗的提升,屏幕背光和 SoC 占据了手机能耗的大部分。性能提升的背后也离不开电池技术发展的支持,智能手机发展的历史也是电池技术的进步 史。2010 年发布的 iPhone 4 电池使用了锂电池,电池容量为 1420 毫安。2021 年最新发 布的 iPhone13 容量已经达到 3227 毫安。电池技术的进步保障了智能手机的有效续航和功 能释放。

第一代手机电池:镍镉电池。1899 年,瑞典科学家琼格纳(Waldemar Jungner)发 明出镍镉电池,这也是第一代手机电池。它容量较低,有记忆效应,需要经常放电来维持 容量,并且制造材料存在环境污染,目前这种电池已基本淘汰。1983 年,世界上第一款 真正意义的手机摩托罗拉 DynaTAC 8000X 上市,使用的就是镍镉电池。

第二代手机电池:镍氢电池。替代镍镉电池的是镍氢电池。1990 年,镍氢电池开始 商用。镍氢电池容量较高,无记忆效应,制造材料对环境污染很少。镍氢电池是由氢离子和金属镍合成,正极为镍,负极为氢,电量储备比镍镉电池多 30%,比镍镉电池更轻,使 用寿命也更长。1996 年,摩托罗拉 StarTAC 使用了氢电池,体积大幅减小,一只手便可 轻松握持。

第三代手机电池:锂离子电池。手机电池的发展潮流是锂离子电池,也是目前智能手 机上最常用的。1970 年,日本松下公司发明了第一个真正意义上商业化的锂电池,锂氟 化碳电池。1975 年,日本三洋公司发明了锂锰电池,并将其用在可充电太阳能计算器。1992 年,索尼公司发布首个商用锂离子电池。90 年代末,诺基亚推出 5110 手机,搭载 的锂离子电池容量 1250 毫安,一大卖点就是超长续航。锂离子电池革新了消费电子产品 的面貌,并一直沿用至今。锂离子电池是目前性能最好的电池。与同样大小的镍镉电池、 镍氢电池相比,电量储备最大,重量最轻、寿命最长、充电时间最短,无记忆效应,环保 无污染。

回顾全球手机摄像头的发展史,可分为五个阶段:1)技术实现:世界上第一款拍照 手机是夏普在 2000 年推出的 J-SH04,摄像头只有 11 万像素,并在 2003 年夏普推出了 首款百万级像素手机(J-SH53),以及 2004 年推出支持光学变焦手机(V602SH)。2)需 求初现:到 2006 年,手机拍照逐步普及。三星将摄像头再次升级,推出了千万级像素的 B600,拥有 3 倍光学变焦和 5 倍数码变焦功能,具备闪光灯、自动对焦等附加功能。3) 竞争加剧:2010-2013 年各大厂商之间的战火最为火热,竞争主流在于摄像头像素的提升, 最代表性的机型是 2012 年诺基亚推的 808 PureView,搭载 4100 万像素传感器与蔡司镜 头,开启了智能手机影像全新时代。4)多摄时代:由于手机摄像头尺寸限制,单纯提高 像素已不足够,技术需求转向传感器的“成像质量+大像素”,iPhone 7 的双摄像头设计正 式把手机带入多摄时代。5)算法时代:在成像优化上,苹果公司为行业指明了方向—— 算法优化,2017 年 iPhone X 发布,搭载的 A11 仿生芯片令其能够率先实现了光照环境侦 测等一系列拍照算法。

从此手机摄影能力在多摄像头与算法的双重加持下不断突飞猛进。多摄像头让各个镜 头各司其职,广角、长焦、微距都分属不同的摄像头,色彩和明度信息也由不同的摄像头进行采集。而除了多摄像头之外,更多的手机厂商选择了使用算法优化来对照片进行调整, 以期待能够抓住更多消费者的眼球。通过算法修改照片的影调,即通过人工智能识别拍照 的场景,来自动调整诸如对比度、白平衡等参数,使得输出的照片更讨人眼球或更符合需 要的场景。

回看 iPhone 的发展历程,其带动了“单摄-多摄-算法优化”三大阶段:1)2007 年, 苹果发布第一代 iPhone,搭载 200 万像素的单摄像头,当时手机市场还是诺基亚主导, 但其 2008 年推出的爆款机型 E71 搭载的摄像头也仅为 320 万像素,iPhone 当时摄像头 头配置并不落后。2)2016 年,iPhone 7 Plus 上首次搭载了双摄像头,后置双镜分别为广 角镜头(f/1.8)与长焦镜头(f/2.8),手机行业进入多摄时代。3)2017 年 iPhone X 面世, 与其他选择继续进行像素比拼的手机厂商不同,苹果选择从拍摄算法上提升摄影水平,到 如今 iPhone 13 Pro Max 搭载的依然是 1200 万像素的广角镜头、超广角镜头与长焦镜头。

其次是软件方面,智能手机软件的发展和革新主要分为三大部分:操作系统(OS)、 开发工具和应用软件(APP)。操作系统是智能手机实现硬软件资源管理的程序,是硬件 基础上的一层扩充,并为应用软件提供了基础、为用户提供了更好的交互体验;开发工具 则是智能手机应用功能拓展的关键,可以大幅缩减编码率,释放开发者的产能,开发者可 以更多精力集中在用户需求上;应用软件则是智能手机功能的最终呈现方式,决定了智能 手机实现的功能。

iPhone 爆发前夕:市场一定程度低估了智能手机的机会。2009 年前,全球科技产业 仍然围绕 PC,虽然苹果兼具乔布斯的回归和播放器、音乐商店的创新,但主要产品依旧 是 PC 产品 MAC,微软依旧依靠操作系统的优势占据 Top1 位置,但在这一阶段,各大科 技公司仍在探索下一代的科技周期,并未呈现出明显的方向性趋势,科技巨头对于移动互 联网的态度仍然模棱两可。反映在股价层面,苹果虽然股价增长相对较好,但市值与谷歌、 微软等巨头相比仍有差距。

移动互联网:iPhone 带来苹果的快速崛起。在 iPhone 诞生之后,毫无疑问苹果依靠 出色的产品力、研发能力成为全球科技公司的引领者。虽然其他科技公司纷纷入局智能手 机业务,但苹果依靠独特的创新与高效运营基因,长期占据领先位置。与安卓系列手机不 同,苹果手机依靠统一品牌的终端、系统、服务体系形成了较为牢固的一体化生态。因此在股价层面,苹果在发布 iPhone 后冠绝全球,迅速超越微软、谷歌,成为全球最大的科 技公司。

后移动时代:移动应用、云计算兴起,苹果相对较弱。进入 2015 年,随着智能手机 的增长到达高峰,基于手机进行的应用创新纷至沓来,社交、电商、游戏、长短视频等应 用的快速增长,硬件逐步演变为应用的载体与入口,因此资本市场上相关的互联网公司大 幅上涨,同时微软亦提出“移动为先、云为先”战略,亚马逊大力进行 AWS 的投入,使 得科技板块进入移动生态和云时代,互联网以及英伟达等云 AI 公司高速增长,相较苹果更 具备优势。

我们认为,向元宇宙发展的过程中,将持续看到各种单点创新和突破,这些单点技术 不断融合诞生下一代产品,下一代产品会继续突破、创新、融合,最终能够带来超越想象 的潜力,驱动产品创新和商业模式创新。当前我们处于元宇宙早期,终极元宇宙尚需极大 的技术进步和产业创新,可能要到 20-30 年之后才有可能实现。而全球科技巨头正在为元 宇宙布局,发展过程将呈现渐进式发展,单点技术创新不断出现和融合、“连点成线”,从 产业各方面向元宇宙靠近。我们乐观看待元宇宙的中长期发展,预计自 2022 年起,元宇宙将推动开启探索下一 代新生态,最终有望形成新的科技浪潮。

随着概念热度不断提升,陆续有公司对元宇宙发声,短期来看,市场大部分公司更多 是将元宇宙作为一种热点概念跟随和营销手段。

对于有实质性布局的科技巨头,我们认为持续投入的本质是去竞争未来信息技术的发 展机遇,在移动互联网市场格局逐渐清晰的当下,去尝试寻找和把握下一个科技浪潮的时 代机遇。

以 Meta 为代表,其向元宇宙转型坚决,亦是因为在当下的移动互联网中,公司营收 高度依赖广告,错失移动时代和云时代的关键机会,导致 Meta 营收、利润的成长性受到 限制,市值出现明显掉队。而元宇宙作为下一代科技浪潮的展望,可能带来新的时代机遇, 能够改变当前市场格局,最终吸引到科技巨头纷纷入局。

在发展过程中,与移动互联网的发展路径相比,我们认为在元宇宙将看到软件和硬件 发展的同与不同。整体来说,我们判断一批和元宇宙相关的软件应用将先行发展、落地, 中期下一代智能交互终端的出现将全面开启元宇宙,中远期看,软件应用和下一代智能终 端相结合,完成效率和体验的代际性升级。

在时间点上,我们认为一批与元宇宙相关的软件和应用会先行发展,我们将看到数字 孪生、开放世界游戏、虚拟数字人、3D 社交、3D 会议等领域在 C 端和 B 端的持续探索, 这些应用的落地不依赖于下一代硬件终端,可以在当前的互联网环境中产生较大的价值。同时,这些领域积累的技术储备与元宇宙的特点契合,能够持续在元宇宙发展的过程中迭 代和发挥价值,等待下一代硬件落地后,将激发这些领域更大的应用潜力。

从元宇宙特点出发,当前的智能手机、PC 均不具备提供 3D 显示的能力,我们认为会 出现下一代智能交互终端,并且同移动互联网兴起相同,下一代智能交互终端将是元宇宙 全面开启的关键。回顾“PC-手机”、“功能手机-智能手机”的变迁,我们看到分别出现的 是便携性的代际进化和显示交互的代际进化,而在第一代 iPhone 的发布会上,乔布斯特 别强调的是 iPhone 带来的全新交互形式。从代际更迭的角度来看,理想的 XR 终端在显 示、交互两个方面有代际性的突破,2D 视觉升级到 3D,点按、滑动的交互方式升级到动 作、语言、眼动,是下一代智能交互终端的有力竞争者。

对于 XR 产业,我们认为 VR 将首先落地,虽然看好 VR 终端的出货量继续增长,但 预计较难在用户端成为社会主流的消费电子产品。中长期维度,我们更看好 AR/MR 的潜 力。预计 2025 年发售的 AR/MR 设备将成为关键的市场节点,如果能验证关键技术和核心 用户体验,在 2025-2030 年阶段,AR/MR 设备整体有望看到出货量的显著增长。远期, 我们看好 AR/MR 随着技术的突破,带来用户体验的继续升级和更丰富的生态应用,最终 呈现对智能手机的替代趋势。

在中远期,等待下一代智能终端落地后,软件和硬件将结合发展、相互促进。我们判 断结合发展的逻辑和方向将与移动生态的关键逻辑会有所不同。在移动生态的全面兴盛中, 非常关键的是智能手机带来更大规模的用户群体,电商、游戏、IM、生活服务等 PC 互联 网已经出现的类型,受益于移动互联网不断增长的用户规模而快速发展,也带来了过去十 年互联网企业对网络规模追求。但从个体微观角度出发,在用户体验上,虽有便捷性、算 法等诸多显著提升,但本质上仍受限于 PC 屏幕或手机屏幕的范畴,这些应用在跨越互联 网代际后,仍然以看文字、看图片、看视频等形式来服务于用户,难以称得上是体验范畴 的代际更迭。

在元宇宙的发展中,虽然用户规模仍将是增长点,但我们认为,中远期软件应用和硬 件结合发展,核心逻辑是带来效率和体验的代际性升级。用户将以下一代的体验方式,或 虚拟、或虚实结合、或我们当前难以预测到的方式,大幅提高各项生产生活活动的效率, 同时获得与人类天性结合更加紧密和自然的体验。当然,这个发展过程还需要众多技术积 累和时间,同时也需要下一代智能交互终端来全面开启。

起步 GPU 全称 Graphics Processing Unit,即图形处理器,是一种应用在在 PC、工作站、 游戏主机等终端设备上运行绘图运算工作的微处理器。

GPU 诞生之初,主要用于视频、2D/3D 游戏等图像领域。在发展中,得益于设计结 构带来的特点,GPU 在大规模并行计算和通用计算的能力被逐步发掘,开始拓展应用领域, 在服务器、汽车、比特币、人工智能等领域逐步进入应用。

近年,在传统的图形应用外,GPU 在加速计算、AI 模型训练和推理、高性能计算、 云游戏、数据分析等领域陆续得到关注,并快速占据重要地位。当前,GPU 的下游应用场 景主要包括游戏设备、消费电子、AI 服务器、自动驾驶、医疗影像等。

例如,进入云时代后,在 AI 服务器中,利用 CPU 和 GPU 构建的组合可以满足更高 的数据吞吐处理需求,在云端为人工智能发展的计算机视觉处理、自然语言处理、机器学 习等众多方向提供算力支撑,主要用于 AI 的推理和训练。这个过程中所需要并行处理的大 量数据和计算过程,可以由 GPU 来加速完成。

例如,在自动驾驶中,智能汽车需要处理行驶过程中雷达、摄像头等传感器采集的大 量信息数据,在短时间内进行快速计算并反馈结果、保障行驶安全,这个过程对处理器的 计算量和计算速度都有较高的要求。而 GPU 设计结构带来的大规模并行计算的优势,非 常契合自动驾驶需求,已在行业中得到应用。

根据 Verified Market Research 数据,2020 年全球 GPU 市场规模为 254.1 亿美元, 2027 年有望达到 1853.1 亿美元,年平均增速达到 32.82%。在游戏、数据中心、智能汽 车、物联网、元宇宙等多方向助力下,行业整体有望持续保持高速发展。

当前 GPU 硬件结构极为复杂,是半导体产业多年技术积累的结果,并且在不断演进 中,自 2008 年以来,英伟达基本实现每两年升级一次 GPU 产品架构,实现了 GPU 性能 的不断提升。同时,GPU 的算法和软件生态的配合也至关重要,GPU 在图形渲染方向的 应用涉及到大量的计算机图形学研究,而图形学是一门复杂的学科,涉及到数学、物理、 计算机科学的交叉应用,GPU 在 AI 计算方向的技术难度低于图形渲染,也是当前国内 GPU 公司重要的发展方向。

同时,软件生态的建立也是 GPU 公司的重要壁垒,英伟达已经完 成了与绝大部分产业链生态公司的商业合作或授权,搭建了广为业界使用的运算平台架构 CUDA,引领整个产业的发展方向。GPU 包含硬件、制造、算法、软件生态等多个高壁垒环节,同时还要求这些高壁垒环 节相互高度结合,带来了整个 GPU 行业极高的壁垒。当前,全球 GPU 已经处于寡头垄断 的格局,英伟达、AMD、英特尔三家公司基本占据了除去集成式 GPU 的大部分市场,而 手机等移动设备的集成式 GPU 由 ARM、高通、苹果等厂商占据。

在 GPU 重要性和应用场景不断增加的背景下,英伟达已经成长为市值约 6000 亿美元 的科技巨头,旗下多项业务在全球均处于领先地位,是全球最核心、具有稀缺性的 GPU 核心。

相比于全球领先的 GPU 龙头,国内 GPU 行业处于起步阶段,尚未有能在市场竞争中 有一定影响力的公司或产品出现。如上文所述,GPU 行业极高的壁垒也带来了国内企业进 行追赶的极高难度。

在缺芯、国产替代、独立自主等词语和发展方向不断成为市场关注点的当下,虽然道 阻且长,但行则将至,国内的一批 GPU 企业开始起步追赶。

通常情况下,XR 产业可以分为 VR、AR、MR 三个方向,技术路线各有不同:VR 是 指模拟产生一个三维空间的虚拟世界,显示在使用者佩戴在头部的 VR 头显上,提供视觉 和听觉感官的模拟;AR 是指在现实世界上叠加生成的数字环境,提供虚拟显示叠加在现 实世界之上的体验;MR 是指现实世界和虚拟世界融合后产生的新的可视化环境,显示的 数字内容和现实世界内容能够实时交互。但整体来说,现在市场对于 VR 和 AR 区分较为 明确,AR 和 MR 常混用或不明确切割。

元宇宙受到高度关注,其核心特点指引的 2D 到 3D 的视觉体验升级也逐步得到重视, 当前互联网主流的终端设备,智能手机、平板电脑、PC 等,都尚只能提供 2D 平面视觉体 验。当前主流设备的能力缺失与未来体验想象出现代际性差异,下一代智能终端的机会似 乎已经初露头角,而全球科技巨头亦已进行了深度布局。

当前 XR 终端设备主要由科技巨头在持续布局和投入,当前有较为明确布局的是 Meta、 苹果和微软。

苹果持续在 AR 领域投入多年,自 2017 年开始苹果就持续发布和更新 AR 的开发工 具 ARKit,一方面注重软硬件等底层技术的开发,另一方面积极收购产业链相关公司,完 善能力布局。从技术布局来看,苹果同时注重在软件、硬件中的储备和发展,有望在 AR 设备上延续其出众的硬件软结合能力。苹果可能将于 2022 年发布第一代 VR/AR 设备、在 2023 年正式上市销售,并于 2024 年发布第二代 AR 眼镜, 苹果在智能手机、智能无线耳机、智能手表等领域都展现了定义硬件赛道的能力,市场对 苹果的 AR 产品期待度较高。

微软在 MR 领域投入较多,MR 产品 HoloLens 于 2019 年发售第二代,售价达到 3500 美元的高价,仅面向 B 端客户发售。在 2018 年向美军供货 HoloLens 的改装军用版本 IVAS 后,2021 年 4 月,美军表示 IVAS 已从原型阶段进入生产部署阶段,微软与美军已正式签 订供货合同,合同为十年期,价值 219 亿美元。2021 年 5 月,公司确认正在开发下代产 品 HoloLens 3,并预计将有消费者版本。从众多技术发展历史来看,“军用-民用”的发展 路线并不罕见,微软有望在 MR 终端设备上走出类似的路径。

中国市场上,字节跳动在 2021 年 8 月以 90 亿人民币的高价格收购了国内领先的 VR 厂商 Pico,加强在 VR 终端设备上的布局。国内其余 VR/AR 终端厂商较多处于 B 轮融资阶段,集中在研发布局上,在市场上进行直接销售的产品较少。整体来看,国内 XR 终端 设备厂商在出货量、技术能力、成本等方面,离科技巨头尚有距离。

如我们在前文总结,VR 的多项技术已经逐渐进入落地阶段,可以实际应用在产品中。当前节点,AR 光学和显示的相关技术仍处于研发状态中,但随着产业发展,已经逐步看 到落地的可能。

对于 AR 终端设备,当前受到行业较为认可的解决方案是“光波导+MicroLED”,其中 表面浮雕光栅衍射光波导已经逐步具备初步量产条件,MicroLED 尚处于研发状态中、正 处于从样品到商品的过程。根据半导体分析机构 Yole 预测,2022 年至 2023 年,MicroLED 的应用将有望看到较大突破,到 2025 年,Micro LED 能够逐步进入商业化。

同时,我们也看到包括苹果、微软、谷歌、Meta、索尼、三星等在内的全球科技巨头, 近年通过自主研发和投资持续投入光波导和 MicroLED 领域,有望进一步加速相关关键技 术的落地。

根据中国信通院 2020 年编制的虚拟现实技术成熟度曲线,衍射光波导等关键技术有 望在 5 年左右的维度发展至主流;根据半导体分析机构 Yole 预测,2025 年 MicroLED 能 够逐步进入商业化。相关关键技术的时间点预测与全球科技巨头在相应产品上的布局较为 吻合。

我们认为,2025 年发售的 AR 终端产品将成为较为关键的市场节点,有望看到“光波 导+MicroLED”的消费级产品受到市场关注,在使用体验上有极大的提升,并进一步探寻 行业的长期发展方向。

考虑到当前产业和技术的实际情况,我们认为,VR 终端仍将成为 XR 产业中短期落 地的主要设备形态,并随着应用生态的丰富,有望进一步满足用户的娱乐需求,并开始尝 试探索 3D 社交、办公等领域的应用情景。

中长期维度,我们认为,突破技术创新点后的 AR/MR 产品,将在使用体验上大幅升 级,带来的数字与现实结合的用户体验,在日常生活、娱乐、社交、工作应用、工业生产 等多方面开始逐步深入应用,并最终完成元宇宙 2D 到 3D 的核心特质,提供全新的终端 体验,最终,呈现对智能手机的替代趋势。

同时,回顾手机出现爆发性增长的时间点,2007 年 iPhone 问世,并未成为全球爆款, 2009 年发布的 iPhone 3GS、2010 年发布的 iPhone 4,带动智能手机进入爆发性增长轨 道。

如以 iPhone 的发展节奏类比于 AR/MR 设备可能的节奏,我们认为,当前处于第一代 产品将要出现的阶段。同时,由于软硬件等多因素限制,第一代产品将较难直接放量增长, 但不断推进的代际更迭将带动 AR/MR 软硬件体验不断升级,并最终成为市场主流。

从时间点上来看,我们综合预测,2025年发售的AR/MR设备将成为关键的市场节点, 验证关键技术和核心用户体验,2025-2030 年阶段,AR/MR 设备整体有望看到出货量的 显著增长。

对于 2025 年的出货量预测,综合考虑 Meta 下一代头显带来的体验升级、转化为出货 量增长预期,苹果相关产品的可能性预期,微软的 MR 产品在中期进入消费级市场的可能 性,并结合 VR/AR/MR 在游戏、视频、智能汽车等领域扩展应用范围的可能性,我们看好 VR/AR/MR 总计年出货量在 2025 年超过 5 千万台。

ASP 方面,综合考虑当前市场 Quest 2 售价 299 美元起、下一代 VR/AR 产品硬件成 本预期大幅超过当前产品、早期产品采用价格补贴的可能性等众多成本和市场销售策略的 因素,我们认为当前较难对 ASP 做出比较确定的预测。整体看来,2025 年的 VR/AR 终端设备市场有望达到数百亿美元的市场规模。

长期看来,VR/AR 终端设备商,特别是能够引领行业发展、定义赛道的终端设备商, 将有极大可能在发展中切割高额的终局价值。

考虑到 VR/AR 设备在技术、供应链、应用等各方面要求较高,同时行业发展路径具 有不确定性,亦需要有能力持续大量的投入,我们认为中期主要的竞争者将是当前市场上 已经有密切布局、有实质性积累的科技公司,同时,我们亦对国内 VR/AR 终端行业的发展保持谨慎乐观。

VR/AR 终端设备的硬件、平台、交互模式等方面与智能手机有极大区别,如同 PC 到 智能手机带来的系统变迁,新一代的智能交互终端也极有可能带来下一代操作系统。操作 系统作为软件运行的基础,本身也具有极大的终局价值。

当前 XR 操作系统尚在早期阶段,市场上没有明确的相关系统或产品出现。从发展趋 势来看,我们认为,XR 操作系统可能维持移动时代的情况,一方面,销量和体验领先带 来的相对封闭的系统,在软硬一体化上深度探索;另一方面,完全开源、开放给全球终端 设备商使用的完全开放系统。

伴随终端设备出货量的增长预期和技术研发需求,电子产业链相关公司亦将有望长期 受益。自终端设备向上游追溯,我们认为 OEM/ODM、芯片、光学、显示等环节将持续受到关注。

UGC(User generation content)即用户创作内容,主要指由应用的用户自行创作并 发布的文字、图片、音频、视频等内容,与之相呼应的是 PGC(Professional Generated Content)和 PUGC(Professional User Generated Content),分别指由专业创作者创作 的内容和专业用户创作的内容。在当前互联网中,例如腾讯视频的电视剧、腾讯游戏产品 等就是典型的 PGC 内容;抖音、Bilibili 等平台中带有一定专业能力、拍摄能力、制作能 力的专业用户生产的内容是典型的 PUGC 内容;普通用户生产并上传公开的内容,可以理 解为 UGC 内容。

在互联网的发展中,长期以来,PGC 内容都占据着主导地位,长视频、音乐、游戏 等行业都长期以互联网公司作为内容提供商的模式运行。2017 年开始,短视频行业逐渐 发展,丰富的 PUGC 和 UGC 内容,加上算法推荐和内容标签,迅速成为了全球互联网的 热门新兴赛道。2020 年 9 月,抖音官方宣布,包括抖音火山版在内,抖音的日活跃用户 已经超过了 6 亿;2021 年 9 月,TikTok 首席运营官宣布 TikTok 全球月活跃用户已经超过 10 亿。我们看到,PUGC、UGC 内容与算法结合,在全球范围已经充分展现了影响力和 对互联网用户的吸引力。

Roblox 以元宇宙为旗帜上市,同名产品 Roblox 本身是一个提供在线游戏、游戏创作 和社交的平台,产品形态以游戏为主,其中大多数作品都是用户自行创作的。在游戏中, 用户可以开发各种形式类别的游戏、供其余用户游玩,同时也可以在游戏中进行消费。当 前,Roblox 主要面向儿童和青少年群体。

Roblox 受到市场高度关注的重要原因,是其成功打造了一个包含经济系统在内的 UGC 平台,成功构建了一个良性的“用户娱乐/用户社交 – 用户消费 – 创作者获得收入 – 创作者进一步创作更好的内容 – 用户参与度增加”的循环。同时,用户和创作者的身份 可以在 Roblox 中同时存在、随时切换。

在 Roblox 中,配合 UGC 平台的属性,产品成功打造了一个良性的经济系统循环。在 用户于 Roblox 中游玩时,可以使用现实货币购买平台虚拟货币 Robux,之后可以使用 Robux 去购买创作者创作的游戏、游戏内虚拟道具、个性化虚拟形象等各种游戏内容。当 用户消费行为发生时,Roblox 会按消费内容和金额,将一定比例的 Robux 分成给内容创 作者,内容创作者可以将这些 Robux 转化成为现实货币,从而获得现实受益。当然,内容 创作者也可以将分成的 Robux 用于游戏内消费。

这一套较为完善的经济系统设计,配合 UGC 平台属性,将创作者的积极性充分调动, 为用户提供更有吸引力的内容,好的内容又进一步吸引用户和增加黏性,形成了良好的循 环。

当然,打造能够正向循环的 UGC 平台并非易事,Roblox 自 2006 上线后便一直致力 于提供一个有充分创作自由度、适合青少年玩的游戏产品。同时,Roblox 打造了 Roblox 客户端(适配多平台)、Roblox Studio、Roblox Cloud 三大基础设施,来尽量降低 UGC 内容的创作门槛、为创作者提供尽量多的保障:

Roblox 客户端:支持 PC、手机、主机、VR 的多平台用户终端,提供跨平台同 步的用户体验,用户无论在哪个平台登录游戏,都可以同步自己账号的所有体验 和设置,也即是当前游戏行业受到较多关注的跨平台游戏的概念;

Roblox Studio:用于提供给创作者进行内容创作、构建、发行、运营的工具平台, 其性质介于游戏引擎和内容编辑器之间。Studio 使用 Lua 语言,学习成本相对 较低,并且包含众多较为通用的游戏编程模块,比如背包、聊天等,为内容创作 者,特别是 Roblox 面向的青少年群体,提供了较为友好的创作体验。同时,其 教程、社区论坛、发布、运营等也是一站式服务,免去通常游戏发行会遇到的许 多实际问题。

Roblox Cloud:由 Roblox 自行开发的云架构,基于其自有基建,具备全球服务 能力,为用户提供快速相应的游戏服务。

向元宇宙发展的过程中,我们认为,UGC 将逐渐成为互联网内容的重要组成部分。未来,用户既是内容消费者,同样也可以是内容的生产者;互联网平台类公司的角色,将 从现在的内容提供商向内容创作消费平台演进,更可能像是元宇宙时代的基础设施。

当前 3D 数字内容的创作门槛极高,3D 模型、贴图、渲染、动作、调试、运行等多环 节都还处在需要专业团队合作完成的阶段,离用户创作还有较大的距离。从内容提供商向 内容创作消费平台转变,需要平台公司在创作工具、商业模式等多方面进行大量突破。但 从终局来看,UGC 所带来的的内容生产力、内容丰富度、同用户现实生活的贴近度、及 时性、多类型用户的需求匹配性等许多方面,是纯 PGC 难以比拟的。

向元宇宙发展的过程中,我们认为互联网平台公司的属性将随之转变,从内容提供商 向内容创作消费平台演进,而终局的元宇宙平台,也将同现在的互联网平台一样,具备极 大的价值切割能力,成为投资的核心机遇之一。

数字孪生概念早在 1970 年就已经被用于航空及空军领域。2016 年,Gartner 将数字 孪生技术作为十大战略科技发展趋势。众多软件、互联网企业开始将数字孪生技术进行企 业级应用。2021 年,数字孪生技术被列入“十四五”规划中,其应用将渗入到各行各业 中。

数字孪生的发展历经三个主要阶段。第一阶段为技术积累期,在 21 世纪前,二维绘 图工具以及仿真技术的出现成为数字孪生发展的必要条件;第二阶段为概念发展期, 2000-2015 年,业界以航空及军事领域为代表提出了一些列数字孪生的基本概念;第三阶 段为应用爆发期,数字孪生结合航空航天、工业、医疗等领域拓展更多的应用场景。

数字孪生是连接数字与现实的桥梁。数字孪生是将物理实体数字化,通过可视化的方 式实现对本体全生命周期的动态映射及交互。通过数字孪生,现实世界中的物理实体可以 被完整复刻在虚拟世界中,形成现实与虚拟之间的映射关系。虚拟世界实时且精确地映射 物理世界的整个生命周期,以达到模拟、监测、预测和优化等目的。

用户、数字孪生核心、数据采集与控制、跨域四大实体支撑数据孪生架构,目前应用 于智慧城市建设、工业设备制造、医疗、交通、房地产等行业。

完整的数字孪生技术一般包括复刻、实时运行和反馈体系三大要素。数字孪生通过建 模技术将物理参数数字化、可视化,实现对全局模型的掌握;通过网络传输传感器的实时 数据,实现对模型的动态数据管理及全生命周期的把控;通过智能算法,对及时信息产生 判断做出决策,对未来的场景提供预测和指导,并反馈到物理实体端实现完整闭环链路。

欧美全面布局数字孪生,国内政策端积极推动数字孪生发展。在数字孪生领域,欧美 发展较早且较快,目前以美国和德国为代表的国家,正全面布局数据孪生产业,并加快建 设步伐。我国自 2019 年,发改委、工信部、国资委等陆续出台相关文件,推动数字孪生 技术发展。2021 年,我国将数字孪生技术写入“十四五”规划,作为建设数字中国的重 要发展方向。工业互联网联盟增设数字孪生特设组,开展数字孪生技术产业研究,推进相 关标准制定,加速行业应用推广。

全球数字孪生市场规模快速增长。根据 IDC 数据,2020 年全球数字孪生市场规模为 52.2 亿美元;预计 2021 年,全球数字孪生市场规模将达到 74.7 亿美元,同比增长 43.1%;预计 2025 年整体市场规模将达到 264 亿美元,2021-2025 年的 CAGR 为 37.19%,行业 有望持续良好发展。IDC 预测,2022 年,中国将有 30%的城市开始使用数字孪生的数字 空间规划工具,以加快社会经济从疫情中逐步复苏;2024 年,中国约 40%的城市将通过 人工智能及数字孪生技术实现现实世界与虚拟世界的融合,提高城市运行效率。

数字孪生技术架构主要包含四大技术层级。从数字化物理实体到最终的应用分别为数 据采集、控制实体、核心实体、用户实体、跨域实体。核心实体和跨域实体构成了数字孪 生的核心技术,数据采集与控制和用户实体是数字孪生的基础技术。

1. 数据采集与控制实体:测量技术,对物理实体进行分模块标识,精准测量并形成 数字化数据;

2. 核心实体:通用支撑技术与建模仿真技术,其中通用支撑技术包括大数据、云计 算、人工智能、区块链等技术内容;

3. 用户实体:HMI、Web 等可视化技术,以及 AR、VR 虚拟现实技术,用以实现 人机交互的功能;

数字孪生基础技术包含数据采集层面的测量技术,以及人机交互层面的可视化、虚拟 现实技术。核心技术包含建模、仿真以及多元数据的融合处理。基础技术的不断创新是数 字孪生发展的底层源动力,核心技术是数字孪生发展的关键引擎。

测量决定数字孪生的精度。测量技术包含了标识和数字化两部分。首先对物理实体中 的各组成要素进行标识,即对各要素进行“身份信息”登记,要求一物一码,从而实现全 局的精准化映射关系。接下来通过对传感器获取的各种信息,包括视频、图片、数值数据 等进行预处理,提取关键信息,进行数字化处理,实现对物理实体的数字化解析。

建模和可视化技术突破了空间领域的限制。人机交互为人参与决策流程提供便捷方式。与传统二维平面视图不同,虚拟现实技术可以实现三维空间的可视化,进一步提升数字孪 生的直观性应用效果。三维建模技术的发展为不同的空间丰富了应用场景的可能性,如城 市、机械、人体、车间、产线等。通过提取三维信息,将其使用可视化方式呈现,便于实 时观测监察以及做出对未来的预测。

网络和数字孪生仿真技术提供时间维度的输出。数字孪生的核心本质是将物理实体进 行数字化映射,对本体进行模型化。建模和仿真是其中的关键环节。传统的仿真技术通过 输入信息,调节参数,输出模型测算结果,停留在了静态的调配阶段。而数字孪生仿真技 术要求实现动态范围内的实时输入及输出,通过再结合人工智能等技术实现自我控制与调 节。网络技术的突破使物理世界产生的信息流及时传输到数字端,从而实现动态观察。

数字孪生助力产业数字化转型。在以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的 宏观背景下,国家强调实体经济的高质量发展。作为企业数字化转型的关键技术,数字孪 生在设计、制造、诊断、维护、优化等方面提供全方位解决方案,为企业节约开支,提升 生产效率等方面创造价值,实现数字经济与实体经济的融合发展。

根据埃森哲数据,在产品设计研发阶段,数字孪生帮助企业的研发效率提升 10%以上;在生产制造环节,帮助企业减少 30%的生产错误,处理时间减少约 70%;在预防性维护 阶段使保修成本减少约 20%-25%。

此外,数字孪生还能与虚拟现实、云计算、人工智能、区块链等多种数字技术相结合, 增强应用场景和输出成果,带动产业数字化进一步发展。

在应用行业上,数字孪生是构建产业数字化的底层技术,能够在多行业中得到应用。数字孪生在城市治理发挥重要作用,城市设计规划、自然灾害预测、交通路线优化等方面 与数字孪生的结合,提供最优解决方案;工业领域与数字孪生技术结合,实现对产品全生 命周期的监测与调配;医疗健康领域与数字孪生结合,为重大手术预演、整容手术模拟等 提供了重要参考。因此,数字孪生技术未来有机会渗透生活中的方方面面,为现实与数字 化世界之间建立桥梁。

数字孪生城市是面向新型智慧城市的一套复杂技术和应用体系。基于新型测绘、标识 感知、三维建模、仿真模拟等技术,通过智能中枢,在城市治理中实现精准映射、虚实交 互、智能分析、应用创新等功能。

中国智慧城市市场规模居于世界前列,发展前景广阔,将带动数字孪生技术在中国的 进一步发展。在全球范围内,2020 年中国智慧城市市场规模占全球比重为 22.7%,仅次 于美国与西欧地区。

我国智慧城市产业规模持续扩大。2020 年智慧城市市场规模达到 14.9 万亿,前瞻产 业研究院预计 2022 年这一数字可达 25 万亿元,2014 年至 2022 年的年均复合增长率达 到 55.27%。根据 IDC 数据,2020 年中国智慧城市市场支出规模达 259 亿美元,相关投 资 2016-2021 年年复合增长率达 19.3%。

数字孪生城市赛道受到重视,企业陆续布局。阿里云在城市大脑基础上,发展智慧城 市的数字孪生技术,将云及 AI 技术广泛应用。在云计算开放平台上通过数字孪生城市进行 大规模仿真、推演、预测,结合动态的交通出行、商业活动、人群密度等活数据,实时分 析城市规划和管理对于城市整体发展参数系统的影响。2021 年 12 月 10 日,51WORLD 正式发布数字孪生城市操作系统(51City OS V5.0),其具备智慧规划、智慧建设、智慧管 理三大功能,提供“云+边+端”一体化服务,助力城市治理数字化不断向纵深推进。科大 讯飞打造孪生城市“城市超脑”,利用人工智能算法,挖局城市运行轨迹,实时计算分析, 优化城市治理结构。

工业设备数字孪生系统是利用数字孪生技术实现工业设备的优化。物理空间内的工业 设备经过数字孪生技术,映射到数字空间中,反馈历史和实时状态,再面向具体应用需求, 对物理空间的工业设备活动进行分析决策,并支持物理和数字空间双向迭代优化。

中国工业互联网规模有望继续攀升。据艾媒咨询数据,2020 年中国工业互联网规模 为 6662.36 万亿元,预计 2022 年其规模将达到 9036.4 万亿元,2025 年可达到 1.2 万亿 元,2020-2025 年的 CAGR 为 13.12%。

展阶段。目前工业数字孪生的大部分应用集中在工厂的可视化监控、产品设计仿真、设 备运维管理等方向,主要体现在数字孪生精度的提升上。而对于时间维度的提升,即全生 命周期的动态管理案例较少,局部应用于航空航天等行业。

除此之外,数字孪生在工业领域为智能驾驶的训练提供解决方案。通过在数字孪生城 市系统中进行模拟训练,帮助自动驾驶进行深度学习,提高训练效率。

国际工业龙头引领行业发展,向更全面多维度数字孪生迈进。西门子立足工业互联网, 使用数字孪生在实体资产和虚拟资产之间建立永久连接的价值,以及与产品生命周期管理系统整合以持续数字化优化生产的价值。制造商可利用西门子 MindSphere 作为服务解决 方案,打造出数字孪生体,创造一个闭合的反馈回路,利用闭环的数字孪生动力体系维护 产品、工厂、系统和机器。通用电气投资建立数字孪生模型,提出物理机械和分析技术融 合的路径,使工业产品的每个零部件都建立对应的数字孪生体,已有 120 万生产中的数字 孪生实例。

数字孪生的概念虽然早已提出,但受限于数据科学、信息科学的发展,始终未能展现 出应用潜力。随着社会信息化程度的加深,数字孪生的发展已成趋势。全球各国已加速布 局数字孪生,我国在孪生城市、智慧工业等领域已开始探索,并将数字孪生写入“十四五” 规划,作为建设数字中国的重要发展方向。各大互联网龙头以及工业巨头纷纷布局加码数 字孪生。

数字孪生构建起现实世界的数字存在,将成为现实世界与数字世界连接的桥梁。我们 看好数字孪生的未来发展潜力,并有望看到数字孪生相关应用的加速落地。向元宇宙发展 的过程中,将伴随千行百业的数字化变革,工业生产、数字城市等领域的数字化变革和改 造,有望由数字孪生来作为关键技术推动发展,最终将带来城市、工业等多方面效率和成 本的优化,实现数字经济与实体经济的融合发展。

(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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