VRAR行业研究报告：5G应用大幕拉开，VRAR渐行渐近.pdf

谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 1 证券研究报告 行业 研究 /深度研究 2019 年 09 月 15 日 电子元器件 增持（维持） 胡剑 执业证书编号： S0570518080001 研究员 021-28972072 hujianhtsc 刘叶 执业证书编号： S0570519060003 研究员 021-38476072 liuyehtsc 1电子元器件 : 华为引领的 3C 创新大幕正拉开 2019.09 2水晶光电 (002273 SZ,买入 ): 镀膜龙头尽享 3D 感知、 AR 新机遇 2019.09 3电子元器件 : 贸易纠纷再起，国产替代备受瞩目 2019.09 资料来源： Wind 5G 应用 大幕拉开， VR/AR 渐行渐近 VR/AR 行业研究报告 5G 时代下的 VR/AR 是通信产业的升级方向，产业化基础已日益完备 伴随 2G 到 4G 的升级，人类基于移动终端的信息交互媒介经历了 文字、语音、图片、视频 的演进 ，而在 5G 时代，通信的发展有望继续拓展所传递信息的纵深 。 因此我们认为，基于 VR/AR 的实景交互代表着通信产业新的发展方向。 当前时点， 5G 的成熟为克服 3D 内容实时传输问题，以及因延迟造成的 眩晕问题构建了网络环境，而相应光学元件、显示方案、专用芯片的推出则为终端的兴起搭建了硬件基础。此外， 下半年及明年华为、苹果等大品牌终端的发布有望提振 VR 市场 热度 ，推荐歌尔股份、水晶光电、利亚德、京东方 A，建议关注韦尔股份、联创电子、苏大维格 、汇顶科技 。 5G 网络的传输速度有效解决终端互联和眩晕问题 现 阶段主流 VR 头显刷新率在 75-90Hz， 在 90Hz 刷新率以及 H.264 压缩协议 下， 我们计算得到 1K 分辨率的 VR 内容 需要 21Mbps 码率 ， 相较于仅能 提供 10Mbps 码率 的 4G 网 ， 5G 可 实现 100-1024Mbps 码率， 已经 可以满足未来单眼 8K 的码率要求。 此外， VR 头显的 显示时延极限为 20ms，若超过 20ms 部分 用户会有明显的眩晕感 ， 目前 VR 头显的内部图像渲染以 及刷新等时间约 15-16ms，若增加 4G 网络下额外 10ms 时延，用户感知时延将远超过 20ms， 而仅有 1ms 的超低时延 的 5G 可有效解决该问题 。 VR 芯片、光学元件、显示屏等硬件基础已 具备 ， VR 头显重归高增长 VR 硬件 构成主要包括芯片、 光学元件、显示屏等 ，在芯片环节， 高通 18年推出骁龙 XR1 布局中低端 VR 头显， 19 年推出支持 5G 的 855 plus VR移动平台定位高端 VR 头显。 在光学元件环节， 菲涅尔透镜是解决 视角场FOV 和 镜片重量问题的主流方案， 已 广泛应用于 Oculus、 HTC 等 品牌终端。在显示屏环节 ， 除了 日益成熟的柔性 OLED 之外，京东方所推出的 Fast LCD 提供了可选 的高性价比显示方案， 已 应用于华为 VR2、 Oculus Go 等。我们认为在硬件基础的支撑下，继 18 年 VR 手机盒子产品的衰落之后，行业大规模兴起在即， 信通院预计 18-22 年 全球 VR 产业 CAGR 将 超过 70%。 光波导镜片大规模量产和 Micro LED 产业成熟助推 AR 向 2C 端普及 据 vittimes 数据， 光学显示模组是 AR 的主要成本构成，约 占 终端成本 50%，根据 光学原理差异 ， 光学显示模组的图像源器件和显示镜面有多种组合 。我们认为，一方面伴随着 光波导市场玩家不断增多，并已有多家 国内 公司布局镜片量产，生产成本有望持续下降 ；另一方面， Micro LED 技术的逐步成熟有助 解决屏幕亮度过低问题，提高 用户体验。基于性价比提升 推动AR产品 向 2C端普及的预期， IDC预计 19-23年 AR行业 CAGR高达 169%。 核心标的 推荐歌 尔股份（光学 及整机）、水晶光电（光学元件）、利亚德（动作捕捉）、京东方 A（ Fast LCD 及 OLED），建议关注韦尔股份（ CIS 传感器）、苏大维格（裸眼 3D 光场显示 ）、联创电子（光学镜头） 、汇顶科技（生物识别） 。 风险提示： 5G 网络建设进度低于预期； VR/AR 产品渗透速度低于预期。 股票代码 股票名称 09 月 14 日 收盘价 (元 ) 投资评级 EPS (元 ) P/E (倍 ) 2018 2019E 2020E 2021E 2018 2019E 2020E 2021E 002241.SZ 歌尔股份 14.52 买入 0.66 0.37 0.50 0.59 22.03 39.24 29.04 24.61 002273.SZ 水晶光电 13.24 买入 0.32 0.37 0.44 0.52 41.71 35.78 30.09 25.46 300296.SZ 利亚德 7.32 买入 0.48 0.63 0.61 0.73 15.39 11.62 12.00 10.03 资料来源：华泰证券研究所 (13)013263918-09 18-11 19-01 19-03 19-05 19-07(%)电子元器件 沪深 300重点推荐 一年内行业 走势图 相关研究 行业 评级： 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 09 月 15 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 2 正文目录 核心观点概述 . 4 5G 时代开启， VR 行业进入发展新阶段 . 5 5G 网络的传输速度有效解决终端互联和眩晕问题 . 5 5G 时代 VR 大规模兴起的硬件基础已经具备 . 6 头显是区别 VR 产品的核心领域，头显性能与光学元件密不可分 . 6 VR 专用芯片日益成熟， 19 年 7 月高通发布支持 5G 的骁龙 855 plus . 9 外接式 VR 与移动式 VR 多采用 MCU 控制芯片 . 10 高通发布骁龙 855 plus，打造 VR 与 5G 相结合的移动平台 . 10 VR 内容逐渐丰富，将提供多场景应用 . 11 游戏端有望成为 VR 首个大规模应用场景 . 11 沉浸式教育有助于提高学习效率 . 11 VR 提供外科模拟手术培训，并通过环境调节缓解创伤后应激障碍症 . 12 5G+VR 已经在影音直播当中得到应用 . 12 信通院预计 18-22 年全球 VR 产业规模 CAGR 超过 70% . 13 AR 技术日趋成熟， 2021 年起 AR 眼镜出货量有望大幅提升 . 14 光学模组为 AR 眼镜核心元件，光学技术助力行业发展 . 15 光波导为 AR 眼镜成像的主流解决方案，技术进步有望推动成品降价 . 15 光波导镜片研发技术成熟度不断提高，量产将推动生产成本持续下降 . 16 受成本及亮度限制， AR 现阶段主要应用于 B 端 . 18 VR/AR 相关标的概览 . 19 歌尔股份（ 002241.sz） . 19 水晶光电（ 002273.sz） . 19 京东方 A（ 000725.sz） . 19 韦尔股份（ 603501.sh） . 19 苏大维格（ 300331.sz） . 19 利亚德（ 300296.sz） . 20 联创电子（ 002036.sz） . 20 汇顶科技（ 603160.sh） . 20 风险提示 . 20 图表目录 图表 1： VR 产业链 . 4 图表 2： 4G/5G 技术指标对比 . 5 图表 3： 不同分辨率所需码率（以 90Hz 为刷新频率） . 5 图表 4： VR 头显时延拆分 . 6 图表 5： 虚拟现实沉浸体验分级 . 6 图表 6： VR 头显拆解 . 6 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 09 月 15 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 3 图表 7： VR 头显厂商产品 . 6 图表 8： VR 显示中的纱窗效应示意图 . 7 图表 9： 正常人眼的 FOV 范围示意图 . 7 图表 10： Vive、 Rift 和 PSVR 镜片对比 . 7 图表 11： Oculus Go 的 LCD 显示屏由京东方生产 . 8 图表 12： 华为 VR2，搭载最新的 Fast LCD 技术 . 8 图表 13： VR 头显时延拆分 . 8 图表 14： Half-Dome 原型机 . 9 图表 15： VR 头显与芯片关系及对应产品 . 9 图表 16： VR 头显与处理器关系及对应产品 . 10 图表 17： Exynos 与高通骁龙处理器对比 . 10 图表 18： VR 头显对应 MCU 厂商及型号 . 10 图表 19： Steam 平台 VR 游戏数量激增 . 11 图表 20： 热卖 VR 游戏 Beat Saber . 11 图表 21： VR 教学有效提高学生学习兴趣 . 11 图表 22： 外科医生通过 VR 进行模拟手术 . 12 图表 23： 通过 VR 缓解 PTSD . 12 图表 24： 山东省 2019 年两会现场 . 12 图表 25： 中国联通全程直播 2019 年宁夏银川国际马拉松比赛 . 12 图表 26： 全球虚拟现实市场规模预测 . 13 图表 27： VR 头显出货量 . 13 图表 28： 全球 VR 头显市场份额预测（按头显类型） . 13 图表 29： AR 产业链 . 14 图表 30： 主流 AR 产品分类及普及程度 . 14 图表 31： 全球 AR 眼镜出货量 . 14 图表 32： 全球 AR 市场规模 . 14 图表 33： HoloLens1 成本拆分 . 15 图表 34： 不同光学系统特点 . 15 图表 35： HoloLens1&2 与 Google Glass 规格对比 . 16 图表 36： 光波导原理示意图 . 16 图表 37： 2016-18 年国内 AR 眼镜价格及光学系统 . 16 图表 38： 光波导研发、生产公司（加粗为 16 年后实现技术突破的玩家） . 17 图表 39： 光波导镜片价格呈下降趋势 . 17 图表 40： “拖尾”严重影响画面效果 . 17 图表 41： 硅基液晶工作原理 . 17 图表 42： 现阶段 AR 显示亮度过低 . 18 图表 43： AR 眼镜用于动画设计 . 18 图表 44： AR 眼镜应用于工业维修 . 18 图表 45： VR/AR 相关标的估值概览（截至 2019 年 9 月 14 日， 2019/2020 年预测数据均来自 Wind 一致预期） . 20 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 09 月 15 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 4 核心观点 概述 VR（虚拟现实）、 AR（增强现实） 终端产品 自 2015 年广泛走入人们的认知以来，如今依然是 投资界、产业界、学术界的重要关注领域。除了资本和产业力量所推动的市场教育之外，关于 VR/AR 的想象早已 通过黑客帝国、阿凡达、钢铁侠等科幻电影作品深入人心，消费者 对于 VR、 AR 的应用想象蓄力多时 ，但是 VR/AR 终端的大规模商业化却长期面临着诸多通信、芯片、光学等领域的技术瓶颈。 尽管在 5G 渐行渐近之际， VR/AR 终端作为重要的 5G 下游应用 近期 备受二级市场关注，但是 5G 解决了 VR/AR 技术的哪些痛点，相关的芯片、光学等技术在这三四年间又经历了怎样的升级、变迁依然是值得重点研究的方向，也是我们在这篇报告中着力阐述的 主要问题。 我们认为 ， 此前限制 VR/AR产品大规模普及的一个主要原因是由于通信网络的传输能力，由于 信息 传输速度的限制， VR/AR 产品 多停留在单机的内容体验，而没有办法真正成为移动互联终端。 站 在当前时点， 5G 网络的成熟为克服 3D 内容实时传输问题，以及因延迟造成的佩戴眩晕问题构建了网络环境， 有望充分释放 VR/AR 终端的社交属性，激发快速推广潜力。与此同时， 专用的 光学元件、显示方案、专用芯片的推出则为终端产品的兴起搭建了硬件基础。此外，下半年及明年华为、苹果等大品牌终端的发布有望 再度 提振 VR行业市场热度， 因此 建议关注产业链重点标的 的投资机遇 。 推荐歌尔股份（光学及整机）、水晶光电（光学元件）、利亚德（动作捕捉）、京东方 A（ Fast LCD 及 OLED），建议关注韦尔股份（ CIS 传感器）、苏大维格（裸眼 3D 光场显 示）、联创电子（光学镜头）、汇顶科技（生物识别） 。 图表 1： VR 产业链 资料来源： VR 观察网，华泰证券研究所 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 09 月 15 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 5 5G 时代开启 ， VR 行业进入发展新阶段 5G 网络的传输速度有效解决 终端 互联和眩晕问题 自 20 世纪 80 年代以来，移动通信每十年出现新一代革命性技术，推动着信息通信技术、产业和应用的革新。根据 5G 经济社会影响白皮书，从 1G 到 2G 移动通信技术完成了从模拟到数字的转变；从 2G 到 3G，数据传输能力得到显著提升，峰值速率可达 2Mbps至数十 Mbps；从 3G 到 4G，峰值速率进一步提升到 100Mps 至 1Gbps，预计 5G 将提供峰值 10Gbps 以上带宽、毫秒级时延和超高密度连接，有效支持虚拟显示、物联网、车联网等应用要求。 图表 2： 4G/5G 技术指标对比 4G 参考值 5G 目标值 提升倍数 峰值速率（ bps） 1G 20G 20 倍 用户感知速率（ bps） 10M 0.1 1G 10-100 倍 时延（ ms） 10 1 0.1 倍 移动速度（ km/h） 1000 支持最高分辨率 4K 2K 资料来源： 游资网、 VR 陀螺、 HTC、 Oculus 官网 ，华泰证券研究所 可变焦技术是下一代 VR 显示技术的发展方向。 Oculus 团队在 2018 年 5 月的 F8 大会上发布了新的一款名为 Half-Dome 的 VR 原型机，该机型搭载了新型可变焦技术。其原理 为依靠眼球跟踪技术追捕捉用户瞳孔特征，并实时计算注视点位置。再通过机械装置完成屏幕的前后移动，从而模拟观察远近不同物体时人眼的屈光调节过程。此外，应用了眼球跟踪技术 后 ， Oculus Half-Dome 将 FOV 提高至 140 度，大大 超过旗下另外两款 VR 头 Rift和 Quest 的 FOV。同时， Half-Dome 与其他 Oculus 产品重量相当。 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 09 月 15 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 9 图表 14： Half-Dome 原型机 资料来源： Oculus 官网，华泰证券研究所 VR 专用芯片日益成熟， 19 年 7 月高通发布 支持 5G 的 骁龙 855 plus 终端设备使用方式决定 VR 芯片。 VR 根据使用方式，可以分为三种：一体机、外接式和移动式。一体机指的是可独立使用的 VR，由于需要进行图像处理，一体机 VR 头显使用与手机同类型的移动处理器，处理器由 CPU 与 GPU 组成。外接式 VR 是指需要连接电脑或游戏机使用；移动式是指需要用手机作为显示屏进行投放的 VR，这两种 VR 均采MCU(Microcontrol Unit)，因为这两类 VR 不需要在头显中完成图像处理任务。 图表 15： VR 头显与芯片关系及对应产品 头显分类 芯片 类型 芯片特点 产品应用 一体机 VR 移动处理器 CPU+GPU 与智能手机处理器相同 Oculus Go Oculus Quest Lenovo Mirage Solo 外接式 VR MCU 压缩部分 CPU 性能 集合存储、 USB 等功能 HTC Vive Pro HTC Vive Oculus Rift Sony Playstation VR 移动式 MCU Samsung Gear VR 资料来源： elecfans，华泰证券研究所 凭借成熟的处理器技术，高通垄断一体机 VR 芯片主流市场。 目前 VR 头显市场中，主流的三种一体机头显，均采用高通骁龙的处理器。其中， Oculus Go 采用的是高通骁龙 821，Oculus Quest 和联想 Mirage Solo 则搭载的是高通骁龙 835。骁龙 821 是 820（ 2105 年11 月发布）的升级版， CPU 和 GPU 性能均有加强，主要为满足 VR 头显对于画面的要求。通过第三方跑分软件安兔兔的数据显示，骁龙 821 的 GPU 性能相比 820 提高 12%。 根据对比高通骁龙芯片发布时间与对应手机发布时间可见， VR 头显所使用的芯片通常是约两年前发布的手机处理器芯片。 以 2018 年 5 月发布的 Oculus Go 为例，该款 VR 头显采用的处理器芯片是 2016 年 5 月发布的高通骁龙 821，而这款处理器芯片在发布初期主要应用于 16、 17 年发布的 OPPO、小米的智能手机旗舰款。 VR 头显芯片暂用手机处理器芯片，而少有厂商推出 VR 专用芯片，主要因为当前 VR 头显出货量规模较小。根据 ID数据， 2018 年全球 VR/AR 头显出货量仅为 590 万台（ VR 占比超过 95%），仅占全球智能手机出货量（ 14.04 亿台）的 0.4%。 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 09 月 15 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 10 图表 16： VR 头显与处理器关系及对应产品 头显型号 （专供手机处理器） Oculus Go Oculus Quest Lenovo Mirage Solo 芯片型号 高通骁龙 820 高通骁龙 821 高通骁龙 835 同左 头显发布时间 - 2018 年 5 月 2019 年 5 月 2018 年 5 月 芯片发布时间 2015 年 11 月 2016 年 5 月 2016 年 11 月 同左 CPU 数量 4 4 8 同左 单个 CPU 性能 2.2GHz/1.5GHz 2.4GHz/2.0GHz 2.45GHz/1.9GHz 同左 GPU 型 号 Adreno 530 Adreno 530 Adreno 540 同左 GPU 跑分 53755 60277 69319 同左 售价 (人民币 ) 400 400 480 同左 资料来源：安兔兔，高通骁龙官网，华泰证券研究所 三星移动处理器研发能力强，未来或进军一体机市场。 三星自主研发的 Exynos9820 处理器，与高通骁龙 855 同期发布且性能接近，这表明三星在移动处理器研发能力较强，能够与高通竞争。但由于三星目前推出的两款 VR 设备 Gear VR 以及 Odyssey 为移动式和外接式 VR，均无需搭载 GPU 的处理器，因而并未在其 VR 产品上使用 Exynos 处理器。目前，三星已经在积极进行一体机 VR 的研发，新品将搭载 Exynos 处理器。 图表 17： Exynos 与高通骁龙处理器对比 Exynos 9820 高通骁龙 855 发布时间 2018 年 11 月 2018 年 11 月 CPU 数量 8 8 单个 CPU 功率 3GHz/1.8GHz 2.84GHz/2.42GHz CPU 跑分 102879 119650 GPU 跑分 137332 142048 整体处理器 跑分 325067 343015 资料来源：中关村在线，安兔兔，华泰证券研究所 外接式 VR 与移动式 VR 多采用 MCU 控制芯片 意法半导体为 MCU 主流供货商， Atmel 或能进入市场。 由于外接式 VR 与移动式 VR 头显是通过外接设备成像，其本身不需要进行图像处理，因此通用 MCU 可满足 VR 头显的控制需求，无需采用高端处理器芯片。目前市场上主流的外接式与移动式 VR 多采用使用意法半导体的 STM32 系列 MCU，该系列专门为高性能、低能耗的嵌入式应用设计，与外接式、移动式 VR 头显需求高度吻合。 2018 年 1 月，搭载 Atmel SAM G55 MCU 的 HTC Vive Pro 发布，打破了意法在 VR 头显MCU 领域的垄断。 Atmel 已在 2016 年被 MCU 巨头公司微芯科 技 (Microchip Techology)收购。随着 HTC Vive Pro 的性能逐步得到用户认可， 我们认为， 未来微芯科技或旗下 Atmel公司均有机会进入 VR头显 MCU市场，与意法半导体共分 VR头显领域的 MCU市场份额。 图表 18： VR 头显对应 MCU 厂商及型号 VR 产品 发布时间 MCU 厂商 内核型号 MCU 系列 Oculus Rift 2016 年 3 月 意法半导体 ARM Cortex-M3 ST32MF3 HTC Vive 2016 年 2 月 意法半导体 ARM Cortex-M0 ST32MF0 PSVR 2017 年 11 月 意法半导体 ARM Cortex-M0 ST32MF0 Samsung Gear VR 2015 年 11 月 意法半导体 ARM Cortex-M4 ST32MF4 HTC Vive Pro 2018 年 1 月 Atmel ARM Cortex-M4 SAM G55 资料来源： elecfans， OFweek， VR 日报，华泰证券研究所 高通发布骁龙 855 plus，打造 VR 与 5G 相结合的移动平台 高通 18 年 推出骁龙 XR1 布局中低端 VR 头显。 高通在 2018 年 5 月正式发布 XR1 处理器，与传统高通骁龙处理器性能有较大差距 ，主要定位中低端 VR 头显 。根据高通官网介绍， XR1 处理器仅能支持 3DoF 动态捕捉、为用户提供高质量体验 (High quality)。