電子行業專題報告《Vision Pro》即將發布,開啟空間計算新週期

Mondo 科技 更新 2024-01-30

(報告由中信集團提供**)。

硬體創新之一:主晶元

雙主晶元——通用計算、感知計算分離設計。 Apple 的 Vision Pro 由用於某些 Mac 和 iPad 裝置的 M2 晶元和用於耳機的 Apple 最新自主開發的 R1 晶元提供支援。 其中:蘋果M2:負責系統執行,用程式處理,它採用5nm工藝,支援GPU FP32浮點3578 Gflops,Geekbench單核多核執行得分為6535 27440,能效比達到1372 PTS W,遠高於高通XR2+。 蘋果R1:負責處理來自感測器的資訊,解決延遲問題,它採用5nm工藝,負責處理來自12個攝像頭、5個感測器和6個麥克風的資訊,可以在12毫秒內將新影象傳輸到顯示器,比人類眨眼快8倍。

Apple R1 是 Apple Vision Pro 的核心創新之一,其優勢在於: 去中心化裝置算力:感測器資料用於 SLAM、手勢識別、3D 建模、眼動追蹤等,並且始終執行,可以分散主晶元的執行壓力。 支援注視點渲染:通過R1晶元,頭戴式裝置可以準確跟蹤使用者所處的環境、位置、手部和眼球運動,其中跟蹤使用者的眼球運動是Vision Pro掌握使用者想要與之互動哪些元素的基礎,其工作模式類似於“游標”,據此可以區分哪些元素需要渲染,哪些元素不需要渲染, 從而在保證使用者體驗的同時優化電池和算力的使用。優化互動:根據蘋果的神經技術工程師的說法,R1晶元能夠通過監測使用者的眼睛行為,使用他們的大腦來構建生物反饋,並實時重新設計使用者介面,從而產生更多預期的瞳孔反應。

硬體創新2:顯示

內部:Micro OLED高解像度消除了“螢幕效應”。 Vision Pro內部的主顯示屏採用兩塊Micro OLED螢幕,總畫素為2300萬,每只眼睛解像度為4K,是市面上首款使用Micro OLED實現雙目8K效果的產品。 Apple Mirco OLED螢幕由索尼**製造,矽基晶元電路由蘋果公司設計,由台積電製造,螢幕尺寸為142英吋,是目前AR VR領域使用的最大微型OLED螢幕。 借助Micro OLED技術,Vision Pro可以大大降低“螢幕效應”,增強使用者的沉浸式體驗。

高效能晶元+優化演算法,計算優勢保證領先優勢。 為了實現單眼4K的視覺呈現,除了配備符合顯示規範要求的螢幕外,還需要提供穩定的超高清視覺訊號,同時對空間視覺互動有大量的3D渲染需求,對疊加耳機的重新整理率也有很高的要求, 這對基礎硬體的計算和渲染能力提出了更高的要求。蘋果的M2+R1晶元組合在絕對算力上具有顯著優勢,結合協同處理、注視點渲染、**渲染等優化演算法,我們認為蘋果有望在頭顯的超高清顯示水平上保持穩定的相對領先優勢。

顯示:FAST-LCD先行,micro OLED接軌,長期看micro LED

中短期來看:Micro OLED已逐步引入商用,巨頭有望引領創新,未來1-3年有望成為主流。 Fast-LCD憑藉其價效比優勢和更好的顯示效果成為主流產品的“標配”,同時索尼、視涯科技的Micro OLED已經量產商用,並已應用於Varjo、Arpara VR、PSVR2等產品中,顯示效果得到明顯提公升,蘋果首款頭顯也採用了索尼的Micro OLED顯示模組。 我們相信,在巨頭引領的創新下,Micro OLED有望在未來1到3年內成為主流配置。

長期:Micro LED可以更好地滿足應用需求,未來有望進行公升級迭代。 Micro LED具有更好的亮度、對比度、耐溫性、功耗等,但目前,批量轉移技術、LED晶元亮度衰減和製造良率問題,使其難以大規模量產,預計相關製造問題有望長期得到解決,並成為下一代VR顯示系統的公升級方向。

顯示:長遠而言,Micro LED突破生產瓶頸

Micro LED具有超高亮度、高對比度、耐高溫、低功耗等優點,系統設計和整合更簡單,理論成本更低,是理想的螢幕選擇。 Micro LED是一種基於無機LED的新型顯示技術,其核心原理是將LED微陣列化,畫素尺寸減小到50微公尺以下。 Micro LED螢幕具有自發光的特點,每個畫素點單獨工作,顯示黑色的區域實際上處於非工作狀態,功耗控制極佳,而液晶屏需要依靠背光層,背光層是乙個整體光源,任何畫面都需要背光層才能完全亮, 並且功耗相對較大;同時,與LCD或OLED不同,Micro LED顯示器不需要在大型基板上光刻或蒸發,也不需要複雜的製造工藝來轉換顏色和防止亮度降低,理論上更便宜。 此外,基於無機LED發光的特性,Micro LED在使用壽命和亮度方面比Micro OLED具有顯著優勢。 我們相信,從長遠來看,如果克服了相關的技術難關,Micro LED可能是VR裝置最理想的螢幕解決方案。

生產瓶頸是巨量轉移技術和良率問題,以及晶元光效率的衰減,中短期內難以實現大規模量產。 由於LED元件的小型化數量眾多,如何快速準確地將其轉移到基板上已成為生產的一大難題,而業界尚未就最有效的轉移方法得出結論,工業側現有巨量轉移方案的良率和率仍然較低。 而且,製造過程涉及很多生產環節和響應企業,轉換成本高,進一步影響良率,使批量生產變得困難。 此外,LED晶元收縮後亮度衰減較大,尤其是LED紅光晶元,是Micro LED廠商需要突破的技術生產難題。 我們期待未來在突破生產瓶頸後,在VR端加速Micro LED的量量。

裝置及材料重點企業:國內廠商主要以模組裝置及零部件為主

國內裝置廠商主要集中在模組領域,材料廠商仍處於加速匯入階段。 microoled工藝依次為晶圓製程(矽基晶元製備)、面板製程(OLED陽極製備、OLED器件蒸發、薄膜封裝、CF製程、玻璃封裝、切割)和模組製程。 Microoled生產線裝置與AMOLED裝置類似,相關廠家在AMOLED生產線上一般選擇成熟的裝置廠家。 目前面板段裝置主要以美國、日本、南韓和德國為主,國內廠商仍主要從事研發和引進,以及一些非核心裝置(雷射打碼、厚膜檢測等);我們估計,模組部分的裝置投資一般佔整體裝置投資的10%-15%,國內廠商已經達到成熟。 在材料方面,microoled材料比AMOLED有更高的要求,因此面板廠一般選擇AMOLED工藝成熟的廠家,而國內材料廠商仍處於加速匯入階段。

硬體創新之三:互動

比較:最大、最多樣化的感測器,以及第一款沒有手柄的 VR 裝置。 相較於其他主流VR裝置(主要使用四台紅外攝像頭實現空間感知和定位互動),蘋果Vision Pro是感測器最多、最豐富的裝置,也是首款無手柄的VR裝置,主要依靠手動、眼動、語音完成使用操作。 同時,蘋果利用機器學習來監控使用者的視線,並實現使用者希望執行的手勢的手眼協調,提供絲滑、流暢、無縫和自然的操作體驗。 在互動方面,它可以支援顏色雙向透視、注視點渲染、手勢跟蹤和面部眼動跟蹤。

硬體創新四:3P煎餅解決方案

3P煎餅解決方案,達到更好的光學效果。 據Hypervision介紹,蘋果的Vision Pro採用了3P薄餅方案,與傳統的菲涅爾方案相比,通過摺疊光路設計可以大大減小厚度,可以提高視場和解像度,而3P方案不僅可以帶來比目前主流的2P型(如Quest Pro)更高的清晰度, 畸變和色差更小,多次折返後厚度可進一步減小(模組厚度預計小於20mm),從而提供更好的光學效果和匹配體驗。

挑戰一:工藝難度和生產成本增加。 Pancake中的核心光學膜對材料和多透鏡粘接工藝要求較高,3P方案的製作難度大同時,由於良品率相對較低,材料成本增加,3P解決方案的生產成本也進一步增加。 此外,蘋果Vision Pro採用球面貼合技術,提高輕薄度,工藝難度進一步提公升,未來有望向非球面貼合演進,進一步降低厚度。

挑戰2:透光率低,串聯亮度增強。 在Pancake摺疊光路設計模式下,光線需要經過兩片半透半回流膜,每次強度損失50%,因此理論最大光學效率僅為25%,反射偏振膜也會損失10%,整體光利用率僅為10-20%,3P方案的透光率進一步降低。 據WitoLED報道,蘋果的Vision Pro採用串聯方式,增強了Micro OLED的亮度,提公升了使用者體驗,但會面臨功耗增加的問題。

硬體創新之五:瞳距調節

無限、自動、單目自主調節是發展趨勢,蘋果Vision Pro引領行業,後續版本有望增加屈光度調節功能。 隨著技術的發展,無級調節、電機調節、自動調節等創新技術逐漸湧現,不斷提高瞳距調節的精度,有效提公升了VR佩戴體驗,擴大了佩戴人群的使用範圍。 此外,由於眼睛與眉毛中心之間的距離存在一定差異,因此可以通過單獨調整每只眼睛來達到更精確的效果。 2024年,自動瞳距調節眼首次進入消費市場,蘋果Vision Pro瞳距調節支援無級、自動、單目獨立瞳距調節,處於行業領先水平。 此外,多晶元煎餅方案具有屈光度調節的基礎,有助於適應不同近視程度的使用者,擴大受眾範圍,我們預計蘋果後續頭顯版本有望增加相關功能,相比目前的鏡頭插入方案,將進一步優化使用者體驗。

硬體創新之六:空間音訊

由音訊光線追蹤提供支援,帶來身臨其境的空間音訊體驗。 空間音訊技術通過提供適應環境的定製聲音,將虛擬聲音與真實環境相結合,提供更好的沉浸感,佩戴者接收到的聲學反饋會適應其位置、頭部運動等的變化。 蘋果可以通過整合的雙驅動器音訊元件帶來個性化的聲音效果,而Vision Pro則引入音訊光線追蹤技術,實現反射音訊效果的立體再現,在裝置周圍分布6個麥克風來接收環境返回的聲音,同時融合裝置中的雷射雷達掃瞄,分析房間的聲學特性(物理材料, 等),並通過R1晶元計算,輸出出適合佩戴者耳朵輪廓、與環境相匹配的“空間音訊”效果,外耳的輪廓掃瞄也進一步增強了聲音的特異性和適應性,從而大大增強了佩戴者的沉浸感。

B端應用:短期內看好辦公、編輯軟體等平面應用向3D的延伸

Microsoft Office等辦公軟體將登陸Vision Pro,我們看好Office應用的快速落地。 Microsoft Word、Excel、PowerPoint等辦公軟體可以充分利用vision pro的螢幕、多視窗應用協作、立體顯示等特點,vision pro可以擁有高效的生產力屬性。 得益於高畫質文字渲染效果,閱讀和瀏覽體驗得到顯著提公升,搭配豐富完善的互動模式,有望有不錯的使用效率。 未來,PR、AI、AE等軟體也將陸續應用,相關辦公應用軟體擁有成熟的生態,互動操作模式與Vision Pro一致。

Final Cut Pro 將登陸 Vision Pro,編輯應用程式的未來充滿希望。 借助蘋果Vision Pro全景顯示屏,**將以顛覆性的效果呈現和深化沉浸式體驗,拓展視覺創作的維度。 我們預計,隨著相關音訊軟體的推出,將吸引大量創作者和使用者,有望打造內容創作的生態狀態,內容創作的下游應用前景廣闊。

C端應用:浸入式**產品有望率先落地

虛擬影院結合極致的3D視覺效果,提供身臨其境的家庭影音娛樂體驗。 Apple Vision Pro可以自由調節影視視窗的大小和景深,並根據環境光線智慧型調節背景顏色和亮度,可以帶來真實的虛擬影院視聽體驗。 Vision Pro 頭戴式裝置使用一種使使用者的眼睛更接近顯示屏的方式,從而更好地渲染 3D 環繞顯示並進一步增強沉浸感。 我們認為,Vision Pro的三維、多維空間顯示特性與家庭影音娛樂需求高度契合,未來有望加速在家庭影院空間音訊領域的滲透。

與迪士尼等IP授權合作,交換Apple TV資源,搭建廣闊的內容平台。 迪士尼與蘋果Vision Pro建立了授權合作,借助Vision Pro獨特的互動方式,將其IP以立體生動的方式呈現在使用者眼前,大大拉近了粉絲與IP角色的距離,打造了革命性的深度沉浸式體驗。 同時,Apple TV的所有資源都會登入到Vision Pro音視訊庫中,同時減少不同裝置之間切換的感覺,大大提高了使用者的便利性,方便了一站式資源管理。 我們期待未來,隨著更多IP和庫與Vision Pro合作,其內容平台將不斷豐富,從而提供廣泛而高質量的音訊體驗。

組織架構:聚集優秀技術人才,建立獨立的業務集群,引領人才優勢

多位核心高管參與研發,成立AR VR專屬事業群。 據志東介紹,蘋果MR頭顯團隊內有13位關鍵人物,包括首席運營官傑夫·威廉士(Jeff Williams)、蘋果前首席設計師喬尼·艾夫(Jony Ive)、蘋果頂級晶元高管約翰尼·斯魯吉(Johny Srouji)、參與首款iPhone開發的金·沃拉斯(Kim Vorrath)等蘋果核心人物,以及蘋果MR頭顯硬體負責人保羅·公尺德(Paul Meade), 軟體主管 Geoff Stahl、內容主管 Shannon Gans 和內容主管 Mike Rockwell 等。此外,據彭博社報道,Vision Pro 擁有自己的專屬部門業務組,由 Mike Rockwell 管理,不依賴蘋果的其他軟硬體工程部門,而是擁有自己專門的分工團隊,包括戰略、計算機視覺、內容、應用開發和專案管理等,並且全部向 Rockwell 匯報,無需使用 iPhone, iPad等部門有機協調的策略,一方面旨在提高專案的保密性,另一方面加快產品的公升級和完善,可見蘋果對Vision Pro的重視程度。

軟硬體協同:在硬體生態下,多裝置聯動,實現協同互動展示

在硬體方面,它通過藍芽或UWB與Mac、iPhone和AirPods進行互動,並具有與Apple Watch聯動的長期前景。 Mac:根據發布會,Apple Vision Pro 可以用作 Mac 的外部虛擬 4K 顯示器iPhone:2023 年 2 月,Apple 獲得了一項名為“擴充套件現實 (XR) 系統的多裝置連續性”的專利,該專利表明,當使用者佩戴裝置在 iPhone 螢幕上檢視郵件時,裝置會直接在 iPhone 螢幕上浮動乙個可擴充套件的電子郵件應用程式介面。 使用者可以與手勢和凝視進行互動,並且可以將電子郵件介面從 iPhone 螢幕頂部移動到虛擬實境,以執行一系列相關操作Apple Watch:智慧型手錶目前定位為消費者長期佩戴和使用的健康監測、運動助手和可攜式電子產品。 Meta 一直致力於該領域的研發,2021 年 3 月,Meta 發布了一款可以從手腕讀取神經訊號的 EMG(肌電圖)手環,該手環基於 2019 年底收購的腦機介面公司 Ctrl-Labs。

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