信息技术产业行业深度研究：元宇宙高速运算下对科技产业链的加持.pdf

-1-敬请参阅最后一页特别声明 市场数据市场数据(人民币）人民币）市场优化平均市盈率 18.90 国金信息技术产业指数 2234 沪深 300 指数 4573 上证指数 3451 深证成指 13413 中小板综指 13470 罗露罗露 分析师分析师 SAC 执业编号：执业编号：S1130520020003 樊志远樊志远 分析师分析师 SAC 执业编号：执业编号：S1130518070003(8621)61038318 邵广雨邵广雨 联系人联系人 赵晋赵晋 分析师分析师 SAC 执业编号：执业编号：S1130520080004 元宇宙高速运算下对科技产业链的加持 元宇宙高速运算下对科技产业链的加持 投资建议投资建议 投资建议投资建议：元宇宙行业仍处于初期投资庞大获利不易阶段,以 10 年来看,估计游戏/社交/商业元宇宙产业链将占科技行业的 15-20%，我们首次推荐元宇宙信息技术产业，给予买入评级。推荐重点关注 10 家全球及中国大陆的相关公司，其中包括元宇宙平台内容软件公司如 Roblox（游戏及社交软件平台），微软（Hololens 2,游戏及商用/工业用），Meta(Oculus Quest 2,社交生态系统)，腾讯控股（游戏,社交,3G Glasses，至信链/QQ 钱包），中国移动（5G/6G,WiFi6,咪咕），歌尔股份（Oculus/Sony/Pico VR 代工），立讯精密（苹果第二代 MR）,舜宇光学（AR 光波导,折叠光路模组,菲尼尔透镜），3D 游戏及社交软件开发工具 Unity，及 3D 图像及服务器 AI 芯片Nvidia(Grace CPU,A100 训练推理，Omniverse 数字孪生)。VR/AR/MR/XR 终端，终端，5G/6G/WiFi6/7 承载，承载，AI 数据中心高速运算芯片遍地开花数据中心高速运算芯片遍地开花。目前游戏元宇宙行业芯片的全球占比应不到 8%，估计未来 15-20年内将占芯片行业市场的 25-30%，主要驱动力为 VR/AR/MR/XR 设备的处理器，6DoF 眼球追踪，手势感测，显示屏驱动，存储及电源管理芯片,高速 5G/6G/WiFi 6/7 无线通讯,让元宇宙世界更真实的高阶 GPU 图像显示,及元宇宙场景所需要的 AI 数据中心及边缘高速运算大量使用的 CPU，GPU，FPGA，PCIE Gen 5/6 Retimer,网络,及存储器芯片。VR/AR/MR/XR 为元宇宙的核心硬件终端为元宇宙的核心硬件终端。Meta Oculus 率先在 VR 游戏领域取得成功，微软 MR Hololens 2 在企业级应用取得了较好发展，并计划推出消费级 AR/VR 产品，苹果酝酿将于 2023 年重新定义 MR 技术及应用。随着技术的不断成熟，AR/VR/MR/XR 有望成为继 TWS 耳机之后又一爆款消费电子产品。2021 年全球 AR/VR 硬件产品突破千万台，TrendForce 预测，2022 年 AR/VR 装置出货量将达到 1419 万台，同比成长 43.9%。元宇宙将重塑元宇宙将重塑 ICT 商业基础设施，关注数据传输和边缘计算产业升级的投资机会商业基础设施，关注数据传输和边缘计算产业升级的投资机会。元宇宙的发展将重塑 ICT 基础设施，海量数据计算、传输需求，将带来算力和网络的迭代升级。IDC 数据显示，中国元宇宙相关 IT 支出将在 2025 年达到近 2000 亿美元，21-25 年复合增长率将达到 20.2%。计算层的升级一方面要求芯片算力的提升；另一方面要求云计算和边缘计算的协同分配，公有云巨头正着力布局边缘计算平台，CDN 厂商等也在积极推动 CDN升级为边缘计算系统。网络层则是高带宽、低时延通信技术的升级，主要为5/6G 普及、WiFi6/7 技术发展、千兆光纤入户和 10G FWA 升级。风险提示风险提示 1.技术进展缓慢；2.跨平台协同合作无法成型；3.各国政府可能的反对态度；4.初期投资庞大，获利不易。186919852101221723332449210301210601210901211201国金行业沪深300 2022 年年 3 月月 1 日日 创新技术与企业服务研究中心创新技术与企业服务研究中心 信息技术产业行业研究 买入 (首次评级)行业深度研究行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究-2-敬请参阅最后一页特别声明 内容目录内容目录 一、元宇宙的介绍.5 二、Metaverse 元宇宙高速运算下对半导体行业的加持.12 三、VR/AR：元宇宙硬件载体，全产业链获增量空间.20 3.1 元宇宙硬件载体.20 3.2 Oculus Quest 2、Hololens 2，Apple MR 将主导 VRARMR 市场.22 3.3 光学显示、感知交互等环节技术革新，为国内电子厂商带来增量.26 四、元宇宙开放互联时代，强化及重塑 ICT 商业基础设施.31 4.1 计算部署方式向边缘转移，产业链上游基础设施及硬件厂商有望率先受益.33 4.2 元宇宙有望打开 5G C 端市场，FTTR+Wi-Fi6 构筑千兆光网技术底座.35 五、重点关注公司及投资建议.40 六、风险提示.42 图表目录图表目录 图表 1：Horizon Worlds.5 图表 2：Meta 元宇宙布局.6 图表 3：Decentraland 土地.7 图表 4：NFT 土地.7 图表 5：Ralph Lauren Winter Escape on Roblox.8 图表 6：Nikeland on Roblox.8 图表 7：Unity.8 图表 8：腾讯元宇宙布局.9 图表 9：腾讯算力网络.10 图表 10：咪咕元宇宙 MIGU 演进路线.10 图表 11：中国移动 OpenSigma 边缘计算通用平台.11 图表 12：机器产生的数据驱动半导体需求.12 图表 13：英特尔 CPU英伟达 GPU AI 服务器架构.13 图表 14：英伟达 Grace CPU+GPU AI 服务器架构.13 图表 15：CXL 技术用途.13 图表 16：云端 AI 加速器比较表.14 图表 17：全球 AR 眼镜市场预测.14 图表 18：全球 VR 眼镜市场预测.14 图表 19：ARVR 显示技术比较 Pass through vs.See through.15 图表 20：全球 AR/VR/XR 眼镜市场预测及显示技术分类.16 图表 21：VR 眼镜规格比较.16 图表 22：PlayStation VR2 规格.17 图表 23：高阶游戏机显卡比较表.18 行业深度研究-3-敬请参阅最后一页特别声明 图表 24：游戏机及以太矿机图形显卡芯片份额.18 图表 25：高通骁龙 5G XR2.19 图表 26：WiFi 5,6,7.19 图表 27：历代互联网发展特征.20 图表 28：VR 与 AR 存在差异与共性.21 图表 29：Steam 平台 VR 月活跃用户数量增长.22 图表 30：2020 年全球 AR 分应用领域市场份额.22 图表 31：全球 VR 头显销量（单位：万台）.22 图表 32：全球 AR 头显销量（单位：万台）.22 图表 33：Oculus Quest 2 季度出货量（单位：万台）.23 图表 34：22 年 1 月 Steam 平台 VR 头显设备份额.23 图表 35：Oculus Rift、Quest 历代产品规格比较.23 图表 36：2021 年主流 VR 一体机、PC VR 新品规格比较.24 图表 37：Hololens 2 技术规格.25 图表 38：苹果近期发布 MR 相关专利汇总.26 图表 39：与 VR 头显近眼显示相关的五大性能指标.27 图表 40：VR 头显显示屏技术分类.27 图表 41：VR 头显光学透镜分类.28 图表 42：AR 与 VR 近眼显示方案存在差异.28 图表 43：AR 图像源器件性能比较.28 图表 44：自由曲面光学设计.29 图表 45：Birdbath 光学设计.29 图表 46：基于光波导的光学系统可被移到额头侧面.29 图表 47：几何、衍射光波导工作原理不同.29 图表 48：光波导技术方案比较.30 图表 49：VR 头显空间定位技术分类.30 图表 50：元宇宙五大环节.31 图表 51：Meta、腾讯、咪咕元宇宙布局对标.32 图表 52：元宇宙主要场景的时延要求.32 图表 53：边缘计算架构.33 图表 54：边缘计算与云计算的对比.33 图表 55：云计算公司的边缘计算架构.34 图表 56：CDN 厂商市场份额（按用户数量）.34 图表 57：边缘计算七大类市场玩家及其战略布局方向.34 图表 58：中国边缘计算服务器市场份额.35 图表 59：中国加速计算服务器市场份额.35 图表 60：2020 全球模块化数据中心市场.35 图表 61：Cloud VR 业务对带宽/时延的要求.36 图表 62：运营商 5G 套餐用户（百万户）渗透率.36 行业深度研究-4-敬请参阅最后一页特别声明 图表 63：全球主要通信设备商市场份额.36 图表 64：我国千兆宽带以上速率用户规模及占比.37 图表 65：2020 年全球光纤光缆市场份额.37 图表 66：数通光模块市场规模（亿美元）.38 图表 67：2020 年全球光模块市场份额.38 图表 68：中国网络无线市场规模预测.38 图表 69：WiFi6 终端出货量预测.38 图表 70：WiFi6 芯片厂商布局.39 图表 71：重点关注全球及国内 10 大元宇宙相关的公司.40 图表 72：VR&AR 产业链各环节上市公司一览.41 行业深度研究-5-敬请参阅最后一页特别声明 一、元宇宙的介绍一、元宇宙的介绍 简单来说，我们所认知的元宇宙就是游戏行业所创造的虚拟世界的延伸，因为目前每个不同的游戏都还没有完美地连结成一个互通的生态系平台，所以各家平台公司都在积极的并购及扩张，以图拿下未来主导元宇宙的话语权。虽然完整开放连结对接各家软件商开发虚拟世界与现实生活的元宇宙 Metaverse 生态系还未出现，但很多游戏软件公司（2003 年的第二人生，2003 年的 Entropia Universe 安特罗皮亚世界，Kaneva 2004，Roblox 2006,EPIC Games Fortnite 2017，Decentraland 2020）及 3D 游戏设计软件工具公司 Unity(45-50%份额),Unreal,Game maker,Cry Engine，早在 15-20 年前就已经逐步尝试建立自己封闭的元宇宙虚拟世界生态系，而社交，游戏，使用虚拟加密货币(带动挖矿行业)购买限量产品，土地交易，经商，行销广告，虚拟会议，生活的虚实融合也都已经逐步在各家公司封闭的元宇宙生态系中进行试验了。元宇宙首尔元宇宙首尔 2022-2026：首尔居民可以进入首尔虚拟城市观光，办理市政业务。Meta/脸书脸书终端终端+内容先行，围绕社交和内容先行，围绕社交和 XR 全方位布局全方位布局：脸书率先于 2021 年 8 月推出 Oculus VR 进入的虚拟会议 Horizon Workroom,于 2021 年 10 月 29 日正式更名 Meta,并在 2021 年 12 月 9 日对美国及加拿大 18 岁以上用户推出 Horizon Worlds,而 Oculus VR 开发者可以使用 Unity 引擎开发 VR 游戏或内容，来扩大 Oculus 的生态系。12月 24-26 日，Oculus App iOS 免费版排名从 77 名提升至第 1 名，由于新的 Quest2 需要下载 app 激活，反映出使用 Oculus 激活的Quest2 数量加速增长，我们认为这反映出北美市场圣诞期间 Quest2销量惊人，有望推动 VR 元宇宙行业的加速发展。图表图表1：Horizon Worlds 来源：Meta/Facebook，国金证券研究所 终端硬件终端硬件+应用平台应用平台率先率先布局布局，以终端为入口，提高以终端为入口，提高用户用户沉浸感体验沉浸感体验。扎克伯格提出元宇宙的八大特征：Presence（临场感）、Avatars（虚拟化身）、Home space（个人空间）、Teleporting（瞬间移动）、Interoperability（互通性）、Privacy and safety（隐私与安全）、Virtual goods（虚拟物品）和 Natural interfaces（自然的交互）。公司围绕成熟的 VR 产品打造 VR 游戏平台，并将已有的社交产品延伸，构建 VR 虚拟社区 Horizon 系列。行业深度研究-6-敬请参阅最后一页特别声明 图表图表2：Meta元宇宙布局元宇宙布局 来源：公司官网，Steam 平台，国金证券研究所整理 终端：终端：是 Meta 元宇宙布局的核心，公司自研+投资布局硬件和技术，创建 Facebook reality Lab，同时收购在光学显示、计算机视觉、声学、图像、体感追踪、人机交互等方面专业性强的初创公司和团队。目前公司终端设备 Oculus quest2/rift 系列市占率超过 60%，未来将推出高端 VR 头显 Cambria 和 AR 产品 Nazare。Cambria 在光学上采用提高视觉保真度的 Pancake 折叠光学透镜，将显著降低 VR 头显的厚度和重量。应用方面应用方面：公司打造一体式 6DOF 移动 VR 平台，应用数量超过 1700款；收购多家游戏开发公司，开发 VR 游戏。使能使能：Meta 的元宇宙生态需要赋能创作者与开发者变现，探索所有权的新模式。公司开发 AR 制作平台 Spark AR，旨在实现创作者的大众化和去中心化，降低 AR 制作门槛。创建融合虚拟内容与现实世界的工具 presence platform，涵盖机器感知与人工智能功能，包括 Insight SDK（构建混合现实体验）、Interaction SDK（添加交互功能）、Voice SDK（将语音输入集成到应用）。Microsoft/微软微软：微软于 2021 年 11 月的 Ignite 大会上发表新的 Teams 聊天与会议程式功能，通过微软的 HoloLens 2 的 MR 设备让客户体验混合实境的平台 Mesh for Microsoft Teams，来进行协作，召开会议，发送讯息，处理共享文档，共享全息体验及沉浸式空间。另一款名为 Dynamics 365 Connected Spaces 的应用软件可以允许客户在零售商店，员工在工厂空间内进行移动及互动，及通过 AI 来改善客户及员工使用经验。未来的Xbox 游戏平台也能陆续开发元宇宙相关软件。根据华尔街日报，原先微软 HoloLens 团队 1500 人，因对手挖角，近来多有离职，而前往 Meta/脸书的最多，为了避免未来人员陆续流失，微软 2022 年初在对外招募职缺描述中透露将建立 Vortex 混合视觉应用团队，扩大元宇宙应用布局。Decentraland：于 2021 年 10 月 21 日，Decentraland 推出了三天的元宇宙音乐节，吸引了鼠爷，Paris Hilton,Nina Nesbitt,RAC,DJ 3LAU 等 80组艺人参演。T 于 2021 年 11 月 22 日以 61.8 万 Mana 虚拟货币即 242.9 万美元买下 Decentraland（其核心资产是由以太坊智能合约Smart Contract 维护的 NFT Non-Fungible Token 资产）的一块 565 平方米170 坪 時尚区土地，将用于举办数字时尚活动和出售虚拟服装，虽然我们无法证实这是否为虚假交易，但确实证明了虚拟世界的经济活动在持续加热中。行业深度研究-7-敬请参阅最后一页特别声明 Republic Realm:Republic Realm 于 2021 年 12 月 2 日以 430 万美元从影音游戏公司 AtariSA 手中购买了一块 The Sand box 上的虚拟土地。这是继之前在 Axie Infinity,Somnium Space,Decentraland（91.3 万美元购买4247 号房产）购买最大的地块，现在它已经购买 Dvision Network 中最大部分土地。到目前为止，Repubic Realm 已经获得 19 个元宇宙平台2500 块 的优质土地 NFT Non-Fungible Token。图表图表3：Decentraland 土地土地 图表图表4：NFT 土地土地 来源：Decentraland，国金证券研究所整理 来源：WSJ，国金证券研究所整理 Roblox:除了有 5470 万活跃玩家（陆续超过 Minecraft,Fortnite 等人气游戏），其中 22%自己设计游戏，并订下未来能达到 10 亿活跃玩家的目标，这应该是 Roblox 在所有元宇宙平台最能吸引真实世界的品牌大厂进驻销售其虚拟限量商品的原因。不同于其他游戏是由特定公司所控制，Roblox 是一个开发设计平台，游戏设计师可以利用其简易设计工具来开发游戏，社交活动，及商业活动，而每个使用者可以用同样的替身与朋友进入不同的游戏进行社交及团队合作。因为其热门游戏的不断推陈出新，加上能持续吸引优秀游戏设计玩家加入公司，我们预测在五年之内，Roblox 将能成为全球最多活跃玩家及最多游戏设计人才的平台。1，Gucci Garden 在 2020 年与 Roblox 合作率先推出虚拟包包；2，Nike 在 Roblox 推出 Nikeland(Nov 18,2021)。Nike 收购虚拟球鞋公司 RTFKT(Dec 14,2021)准备在 Roblox 推出虚拟球鞋；3，Ralph Lauren 在 Roblox 设计 Winter Escape game 并陆续推出限量单品(Dec 12,2021)；4，Tommy Hilfiger 宣布在 Roblox 推出 30 样数位流行商品(Dec 17,2021)；5，Forever 21 于 2021 年 12 月 20 日宣布在 Roblox 推出虚拟店铺 Forever21Shop City，并在线上、线下同步销售；6，Zara Larsson,Lil Nas,Royal Blood,Twenty One Pilots,Tai Verdes 陆续在 Roblox 开虚拟演唱会。行业深度研究-8-敬请参阅最后一页特别声明 图表图表5：Ralph Lauren Winter Escape on Roblox 图表图表6：Nikeland on Roblox 来源：Roblox,Ralph Lauren，国金证券研究所整理 来源：Roblox,Nikeland，国金证券研究所整理 Unity:不同于 Roblox 是游戏设计平台，Unity 是很多 3D 游戏厂商所使用的游戏设计工具，而且全球占有近 5 成的份额（Unreal,Game maker,Cry Engine 为其他竞争公司），为了让沉浸式游戏更真实，Unity 于 2021 年 11月宣布以 16.25 亿美元收购 Avatar，Lord of Ring 的电影动画与特效的制作公司 Weta Digital，尤其是包括制作金刚电影背景立体城市模组所使用的City Builder,背景特效渲染的 Manuka 在内等 10 项工具及 275 名工程师。我们相信 Unity 是除了 Roblox 之外最大的游戏设计工具公司，虽然 Unity 不介入平台，但其共通的设计工具，未来应该可以让不同的游戏互相连结，形成元宇宙生态系。图表图表7：Unity 来源：Unity，国金证券研究所整理 字节跳动：字节跳动：于 2021 年 8 月底，字节跳动斥资 90 亿人民币收购国内 VR 行业的软硬体研发制造商 VR 创业公司 Pico（前五名 VR 供应商为 Meta 的 Oculus,大朋 VR,Pico,HTC,Sony），虽然溢价很高，并出让一定比例股票换股来锁住Pico 团队。被收购的 Pico 将并入字节跳动 VR 业务线，整合字节跳动的内容资源和技术能力，加大产品研发和开发者生态的投入。腾讯腾讯围绕内容体验构建全真互联网，围绕内容体验构建全真互联网，VR/AR 下沉至各下沉至各部门部门 腾讯以庞大的平台流量为基础，云计算为支撑，构建全真互联网，重点布局内腾讯以庞大的平台流量为基础，云计算为支撑，构建全真互联网，重点布局内容体验、终端、计算和使能容体验、终端、计算和使能。2020 年底，马化腾提到：“移动互联网经过十年的发展，即将迎来下一波升级，我们称之为全真互联网。”腾讯最大的优势在于平台流量，以此为基础，公司内容与场景业务覆盖范围广泛且优势地位稳固。行业深度研究-9-敬请参阅最后一页特别声明 图表图表 8：腾讯元宇宙布局腾讯元宇宙布局 来源：公司官网，公司年报，国金证券研究所 数字内容：数字内容：数字内容是腾讯元宇宙布局的核心，公司依托微信和 QQ两大社交产品，吸引用户流量并扩展到包含视频、音乐、短视频等的全场景产品布局，VR/AR 技术下沉至各业务条线，增强用户体验。游戏：游戏：公司通过收购+投资游戏开发工作室成为全球最大的游戏公司。2020 年 2 月，腾讯投资、淡马锡等资本参与了被业界称为“元宇宙第一股”的 Roblox 的 1.5 亿美元 G 轮融资；2012 年腾讯以 40%的持股，成为了 Epic Games 的股东，子公司 Unreal Engine 从事 3D 内容及AR/VR 内容引擎开发。云网协同：云网协同：腾讯云率先成为中国首家构筑起“云边网端”完整产品矩阵的云厂商。在 5G 边缘计算领域，腾讯云研发的边缘计算机器 ECM、边缘计算平台 TSAC、边缘接入和加速平台 TSEC、物联网边缘计算平台 IECP、AIoT 物联网关等产品，共同构建了 5G 云边缘计算平台。终端终端：腾讯与智能 VR 硬件公司 3Glasses 合作，并参与投资体感追踪公司 Ultraleap，进一步提高终端硬件的沉浸感。使能：使能：基于公司与中国网安、枫调理顺三家企业联合建设的可信存证区块链平台“至信链”，腾讯推出 NFT 交易平台幻核 APP。数字支付方面，腾讯在国内拥有微信支付、QQ 钱包，在国外投资 TymeGlobal、Paystack、Niyo 等多家数字支付公司。行业深度研究-10-敬请参阅最后一页特别声明 图表图表9：腾讯算力网络：腾讯算力网络 来源：腾讯 5G 生态应用白皮书，国金证券研究所 中国移动咪咕：网、云、数、智、安、边、端、链深度融合，探索元宇中国移动咪咕：网、云、数、智、安、边、端、链深度融合，探索元宇宙宙 MIGU 演进路线演进路线 中国移动董事长杨杰近期提出：要构建泛在融合的算力网络，打造一点接入、即取即用的“算力服务”，达成“网络无所不达、算力无所不在、智能无所不及”的愿景。咪咕在元宇宙道路上的探索，一方面，依托已有算力网络，用云计算、通信网络等底层技术和基础设施保障元宇宙虚拟世界的运行；另一方面，以游戏、社交、虚拟偶像等为载体，促进元宇宙生长，形成全新的内容生态。图表图表 10：咪咕元宇宙咪咕元宇宙MIGU演进路线演进路线 来源：公司官网，中国移动招股说明书，IDC，国金证券研究所 Mixed reality（混合现实）：（混合现实）：咪咕与增强现实科技公司 Nreal 合作的5G 特色应用新品 Nreal Air，通过集成光学成像技术，其色彩清晰度相当于目前 VR 眼镜的两倍，为多元场景带来沉浸式应用体验。Immersive social connection（沉浸式社会连接）：（沉浸式社会连接）：咪咕打造了面向元宇宙的沉浸式社交互动，通过超高清视频、VR/AR、视频彩铃、智能座舱等不同的软、硬件环境，催生了全新的社交方式。咪咕互娱推出了“5G 快游戏”布局 5G+4K 超高清互动游戏，打造全场景沉浸式游戏体验。行业深度研究-11-敬请参阅最后一页特别声明 Gamified interaction engine（游戏化交互引擎）：（游戏化交互引擎）：中国移动咪咕公司、小米游戏、金山云和蔚领时代联合发起“立方米计划”，为传统游戏厂商提供游戏云化服务，为云原生游戏提供开发运行环境，帮助游戏产业搭建云游戏分发网络。Ubiquitous computing（无处不在的计算）：（无处不在的计算）：中国移动边缘计算网关、域域网和骨干网配合构建元宇宙扎实的通信服务网络。2020 年中国移动推出边缘计算平台 OpenSigma，依托中国移动边缘计算“100+”节点和边缘计算孵化器，实现对客户开放边缘网络能力和垂直行业能力。图表图表11：中国移动：中国移动OpenSigma边缘计算通用平台边缘计算通用平台 来源：公司官网，国金证券研究所 游戏元宇宙平台并购争夺战已游戏元宇宙平台并购争夺战已经启动经启动 继腾讯（已经并购了 Riot Games,Supercell,Epic Games 40%）于2021 年 7 月 19 日宣布以 12.6 亿美元并购英国电子游戏开发商 Sumo Group；Unity 于 2021 年 11 月 9 日宣布以 16.25 亿美元并购 Weta Digital；Take-Two Interactive 于 2022 年 1 月 10 日宣布以 110 亿美元并购Zynga(Farm Ville,Words with Friends)；Microsoft 微软于 2022 年 1 月 18 日宣布以 687 亿美元并购 Activision Blizzard 动视暴雪,游戏机大厂；Sony 在牛年最后一天 2022 年 1 月 31 日也宣布以 36 亿美元并购游戏制作公司 Bungie(Halo&Destiny Franchises 的幕后工作室)。这到底是游戏软件内容的竞争，游戏元宇宙泡沫的进一步扩大，还是游戏元宇宙平台透过并购，布局争夺战的开始，我们认为是最后者。微软、索尼都是游戏平台玩家巨头（有游戏机开发，有入口 VR/AR/MR 产品，有游戏软件），Unity 是3D 游戏开发工具平台，这几类公司将各种不同游戏平台互通，扩大流量，应该是未来元宇宙平台发展的基本要素。投资人应该持续关注哪些游戏公司具有庞大的玩家流量，不可替代的地位，如 Epic Games,Electronics Arts EA,Ubisoft,或重要的工具平台如 Unity,Unreal，Game maker,Cry Engine 将可能成为下一个被并购标的。目前看起来 Meta/脸书，微软，索尼，任天堂，Valve/Steam,腾讯，Roblox 正在积极争取扩大元宇宙平台影响力，游戏软件公司应该也会彼此并购求生，2022 年将可能是游戏元宇宙行业并购争夺战的元年。行业深度研究-12-敬请参阅最后一页特别声明 二、二、Metaverse 元宇宙高速运算下对半导体行业的加持元宇宙高速运算下对半导体行业的加持 我们认为要创造元宇宙产业链所具备的要素早已有雏形，主要系从游戏硬件及软件产业向外延伸，不断的扩展，除了要有庞大的数据中心来处理及存储大量的数据（人造数据，机器产生的数据），云端服务器加人工智能训练推理技术可以让元宇宙生态系不断地被扩大并自我学习创造虚拟世界（目前游戏元宇宙行业使用云端服务器及存储器占比应不到 10%，2035-2040 年后有机会达到 25-30%），入口终端设备不外是让用户沉浸入虚拟现实的 VR/AR/MR/XR 眼镜（基本上利用光学音效感测器解决视觉及听觉的问题），或直接用手机或电脑的键盘或独立游戏机 PS5/xBOX 的遥控器来操控虚拟化身 Avatar 来互动，高速图像 3D 显示技术可以让元宇宙的世界更真实，其他当然还需要各种感测器如手势感测，皮肤感测，感测手套，感测脚套，体感设备，脑机接口设备，味觉感测器芯片等，除了感测器之外，当然每个器材都大体需要电源管理芯片，GPU，CPUMCU，高容量DRAM/HBM 内存，高容量 NAND，NOR 闪存芯片等。就软件而言，其实就是各游戏或软件公司像 Meta/脸书透过 Oculus VR 及 Horizon Worlds 或虚拟会议 Horizon Workroom 软件想尽办法扩大自己的生态系，英伟达更在今年 8 月宣布成立 Nvidia Omniverse 数字孪生平台，而开源 3D 动画工具 Blender 将支援通用场景描述，与 Adobe 合作开发 Substance 3D 外挂程式,设计使用者可以打造一个共通的虚拟环境。简单的下个结论，Metaverse 元宇宙生态系就是将游戏产业链继续扩大与延伸，还有结合互通，最后再与现实世界互相协作。图表图表12：机器产生的数据驱动半导体需求机器产生的数据驱动半导体需求 来源：应用材料，国金证券研究所 AI 服务器拉升英伟达云端服务器拉升英伟达云端 AI 芯片需求：芯片需求：这几年因为 Nvidia 英伟达的 GPU大量被使用在人工智能的云端辨识系统，从每台服务器加两片高速运算GPU 卡，4 片到 8 片 GPU 卡都有，让 Nvidia 在数据中心芯片市场的份额从 20182019 年的不到 10%，到 2021 年的超过 20%，全球人工智能服务器占比也逐年提升至 2021 年的近 10%，但光就云端 AI 推理及训练加速器而言，英伟达应该有超过 95%以上的份额。英伟达的 7nm 芯片 A100，芯片面积虽然高达 826mm2，最大耗电量达 400W,在推出当时，其在浮点半精度，单精度，双精度稀疏及理论峰值运算都明显优于同业，为了让A100 的 DGX 人工智能服务器系统发挥效能，除了要配备 512GB2TB DDR4-3200 MT/s DRAM 给 AMD CPU 用外，还要另外配备非常昂贵的320-640GB HBM(高频宽内存)给 AI GPU 使用，为了控制使用价格昂贵的 HBM 让总成本不要失控，英伟达决定在 2023 年初推自家设计的 ARM CPU（Grace）配合其高速 NVlink 通讯网络（500GB/秒传输速率）,可以让 CPU/GPU 共同分享 DDR4/5/HBM 存储器达到快取一致性(Cache 行业深度研究-13-敬请参阅最后一页特别声明 Coherency),我们认为未来哪家公司能率先推出 AI 服务器达到 Cache Coherency，将是未来 AI 服务器竞争者的决胜点之一。图表图表13：英特尔：英特尔CPU英伟达英伟达GPU AI 服务器架构服务器架构 图表图表14：英伟达：英伟达Grace CPU+GPU AI 服务器架构服务器架构 来源：Nvidia，国金证券研究所 来源：Nvidia，国金证券研究所 英特尔要自推英特尔要自推 AI GPU 抢份额抢份额:英特尔宣布要在明年上半年推出具有 4 颗AI GPU 加速器 Ponte Vecchio 的系统，一个 Ponte Vecchio 有 1000 亿个晶体管,整合 47 颗芯片,其中有 16 颗台积电做的 5nm 运算芯片，每片 8核心，全部 128 核心(compute tile),二颗 Intel 7nm 640mm2(base tile),tsmc 7nm x2(link)，再搭配 2 颗 Sapphire Rapids CPU 的人工智能服务器系统，也需要庞大的 DDR5 DRAM 及 HBM DRAM，但透过 CXL（Compute Express Link）网络通讯技术，英特尔可以于 2022 下半年让CPU/GPU 共同分享存储器达到 Cache Coherency。不同于 Nvidia 的NVlink,AMD 的 Infinity Fabric 这两者都是独家技术封闭架构，无法适用于 CPU 及 GPU 以外其他芯片的连结，CXL 可消除 CPU 与设备、CPU 与存储器之间的传输瓶颈，创建一个可以支持 AI,smart I/O、smart NIC,CPU,存储器模组的接口，以服务下一代的数据中心。可惜目前 CXL 是建立在PCIE Gen 5.0 的实体及电子层的架构上，目前 PCIE Gen 5/CXL 最高只能提供 64GB/s 的双向传输速率,跟 Nvlink 的 500GB/s，Infinity Fabric 的400GB/s 有 6-8 倍的差距，可能要等到 PCIE Gen 6/CXL 的 128GB/s 技术问世才能进一步缩短与 Nvidia 及 AMD 之间的差距。但从 2019 年 3 月 13日开始，英特尔携手阿里巴巴、思科、戴尔，EMC、IBM,脸书 Meta、谷歌、惠普、华为以及微软宣布成立 Compute Express Link(CXL)开放合作联盟，而目前从 Nvlink,Infinity Fabric retimer 的设计进度来看，要能够领先英特尔达到 Cache Coherency 似乎还是有很大的难度。图表图表15：CXL 技术用途技术用途 来源：CXL consortium 2020，国金证券研究所 行业深度研究-14-敬请参阅最后一页特别声明 AMD 强势推出强势推出 MI200 AI GPU：AMD 于 11 月 10 日推出用台积电 6nm 制程工艺制造的 MI200 AI 加速 GPU,两颗 CDNA2 芯片架构共计 2x290,580亿晶体管,再整合上自己设计的 x86 CPU，但透过 AMD 独家设计的 Infinity Fabric 2.0 连结技术，超威也可以让 CPU/GPU 共同分享存储器达到 Cache Coherency。最后，AMD 要是能够率先达成 cache coherency,利用 Infinity Fabric 来连结 5nm CPU Genoa 及 AI GPU 加速器 MI200，公司的主轴将从 2020-2021-2022 年抢 Intel 笔电，服务器 CPU 份额，转到2023 年抢 Nvidia 游戏显示卡及 AI 加速器 GPU 在重型工业、政府 AI 推理运算的份额。而在 ASIC 方面，有寒武纪最新推出的 TSMC 7nm 思元 370 S4/X4 云端推理加速卡，对标英伟达 12nm 的 75W T4 及 150W A10 GPU 加速卡,还有之前的思元 290 云端训练芯片及加速卡及云端训练整机玄思1000，都是定位在 AI 智能服务器芯片市场。所以全球 AI 服务器（使用GPU，ASIC 来做人工智能定点，浮点训练及推理运算）出货占比的提升，对 AI 服务器芯片及 HBM 内存需求同比增长有明显的拉动作用,占比逐年提升可期，我们保守假设到 2030 年全球有超过 30%服务器具备 AI GPUASIC 的人工智能运算功能。图表图表16：云端云端AI加速器比较表加速器比较表 A100 GPU D1 ASIC Ponte Vecchio MI200 供应商 英伟达 Tesla Intel 超威 应用 云端推理训练 云端推理训练 云端推理训练 云端推理训练 CPU/GPU 连结标准 Nvlink 500GB/s PCIE Gen 6.0/CXL 128GB/s Infinity Fabric 3.0,400GB/s 制程工艺 TSMC 540 亿晶体管 7nm CoWoS,826mm2 500 亿晶体管,7nm,645mm2 1000 亿晶体管,47 芯片,tsmc 5nm x16,8 核心=128 核心(compute tile),intel 7nm x2 640mm2(base tile),tsmc 7nm x2(link)2 x CDNA2 架构,TSMC 6nm,2x290=580 亿晶体管,浮点 FP16 半精度 Matrix 312 TFLOPS 362 TFLOPS 383 TFLOPS 浮点 FP32 单精度 V