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金准产业研究 人工智能时代,10 年之后我们还能干什么?(下)

发布人:管理员

4.4苹果的采用将带动 3D 光学感测在手机中的渗透

前臵3D光学感测,判断用于生物辨识:我们判断苹果在今年的纪念款iPhone中将采用前臵3D光学感测,期初主要用于生物辨识(如虹膜辨识、人脸辨识等),以替代现有电容指纹识别方案,达到取消Home键,提升屏占比和改善用户体验。

未来后臵3D感测,以实现AR功能:苹果CEO Cook多次提及看好AR技术,并在今年2月公开表明AR的重要性与智能手机并列(a big idea like the smart phone)。我们认为苹果使用多颗3D光学传感器是大势所趋,未来将在手机背面也放至3D光学传感设备,以最终实现AR相关应用。


AR与AI算法和GPU密不可分。3D光学感测摄像头提供了景深数据,若配合算法就可以实现增强现实功能,其中AI算法至关重要,这在硬件上对GPU提出了要求。以微软Kinect为例,其算法要用到GPU的平行加速能力,否则无法实现real-time。2017年4月,苹果表示将自行研发GPU,未来15~24个月间减少依赖GPU长期合作伙伴英国Imagination Technologies,并通知Imagination将不再需要后者帮助开发iPhone和iPad的图形技术,终止专利费支付。我们认为与其一直以来致力于自主发展AI软、硬件有关。

智能音箱主要由麦克风阵列,远场语音识别算法和扬声器组成。Amazon最早开发实现基于麦克风阵列的远场语音识别,大幅度扩大了语音识别的应用场景。亚马逊设计了一个名为「ARS」的自动语音识别处理系统。ARS由七个麦克风和一个音频信号过滤系统构成。七个麦克风组成的列阵能让Echo捕捉到环境中的细微声音,音频信号过滤系统过滤掉环境噪音,从而辨别出人声。使用ARS后,即使用户在25英尺(7.62米)之外发出命令,Echo也能够准确识别。除了Amazon以外,科大讯飞和联发科也开始提供类似整体解决方案。中国公司中,歌尔股份(002241.SZ),瑞声科技(2018.HK)等是全球重要麦克风阵列厂商,国光电器(002045.SZ),通力电子(1249.HK)是主要音箱厂商。

3D光学产业链主要集中在欧美,我国在滤光片、模组和设备全球领先:3D光学感测的产业链主要集中在欧美,领先厂商包括意法半导体、AMS(奥地利)、Lumentum等,A/H上市企业主要在光学镜片和模组、滤光片以及半导体设备上领先,我们推荐进入苹果供应链的ASM Pacific,关注水晶光电(未覆盖)。另外,随着安卓阵营的跟随,模组厂商舜宇光学、欧菲光(未覆盖)和邱钛科技(未覆盖)有望受益。

结构光在硬件上增加了衍射元件。结构光和TOF在硬件上的差异不大,都由发射端和接收端构成,主要的区别在于结构光需要将光源变成特定的图谱,所以需要衍射光学元件(DOE)。硬件配臵分为发射端与接收端两大部分:发射端:主要厂商为国际光通信和传感器大厂,集中在欧美。

VSCEL作为光源:3D感测主要采用红外光作为光源,原因是比可见光波长更长。VSCEL的光线相较于普通激光器而言具有低功耗、体积小的优势。VSCEL原先主要应用于光通信和光互连领域,国外Finisar(FNSR.US)和Avago两巨头占据市场的80%,被广泛采用于辅助聚焦、距离传感、识别等领域。目前国内仅光迅科技具备10Gbps以下VCSEL生产能力。

4.5晶圆级镜头、滤光片和DOE:

晶圆级光学镜头(WLO)主要功能是将点光源转化为线光源,WLO用半导体工艺生产,提高了镜头的生产效率,一片8寸的白玻璃可以切割成数千颗准直镜头;缺点在于不能调焦。主要厂家为奥地利的AMS(AMS.SIX)。AMS2016年10月收购掌握了大部分专利的准直镜头WLO(Wafer-level Optics)制造商Heptagon。

DOE:仅在结构光方案中使用。主要厂家包括奇景光电(HIMX.US)、精材(3374.TW)、采钰(2014年从台积电剥离)等。

滤光片:过滤掉频率不符合的光源。水晶光电(002273.SZ)与Viavi(IIVI.US)国际领先。

接收端:除舜宇光学和ASM Pacific占据领导地位外,欧菲光与球台有望受益于安卓阵营对3D光学感测的采用。

镜片:与可见光镜片不同,红外光镜片需要满足广角的特性,以尽可能保留深度信息。例如Google Tango的红外镜头,就是舜宇光学(2382.HK)制造的;主要厂商还包括台湾的大立光(3008.TW)和玉晶光(3406.TW)。

CIS传感器:CIS传感器由可见光和红外传感器组成,主要厂商为奥地利AMS(AMS.SIX),以及意法半导体(STM.N)。

CIS传感器制造设备和主动对准工具:主要提供商为ASMPacific,占据全球主要市场份额。

模组:舜宇光学、欧菲光、邱钛科技等在模组上占据全球光学模组的重要地位。在联想Phab2pro中,舜宇光学提供了后臵三颗镜头的模组,包括一颗TOF镜头发射脉冲光及一颗鱼眼镜头进行动态捕捉。

五、AI+汽车:全球智能驾驶发展最新动态5

5.1主要车厂加快自动驾驶布局,互联网科技公司积极切入

整车厂加快布局自动驾驶,预计到2021年全面实现L5。

目前看来,汽车市场普遍处于SAELevel2自动驾驶的部署,即辅助自动驾驶为主,主要车企的规划则大多是到2020~2021年间实现Level5的完全自动驾驶。

特斯拉:第二代Autopilot系统已经更换了全新的硬件系统Hardware2.0,与其相对应的软件将采取逐步升级的方式,第一步升级为Enhanced Autopilot;第二步再升级为Autopilot2.0(全自动驾驶能力),时间点为2017年年底。特斯拉CEO在公开演讲中表示,特斯拉自动驾驶系统将在2年后达到Level5级别,而在这之前特斯拉将继续其高级自动驾驶系统服务。

福特:计划2021年实现完全自动驾驶汽车(SAELevel4)的商业运作,这款车将不会有方向盘、刹车踏板、油门等,最初拟用于提供打车或车辆共乘服务,不会首先面向消费者。

通用:通用计划逐步提升自动驾驶水平,近期聚焦半自动驾驶技术,如「超级巡航(Super Cruise)」有望在今年晚些时候在凯迪拉克CT6上实现,在高速公路上行驶将能够解放双手。我们认为,在不久的将来,一旦通用将超级巡航引入到其车型中,极有潜力提升其量产车型的竞争力和定价能力。

丰田:在技术开发上有优势,有很多自动驾驶领域的专利,也产出了部分样车。但丰田担忧道路事故的风险,因而商业化还需要时间。

日产:在自动驾驶技术的商业化应用上极有野心,2016年8月推出的Serena小型货车上搭载了Pro Pilot高速公路单车道自动驾驶技术。这一技术得到了消费者的积极响应:与上一代车型相比,上市后的七个月内订单上涨34%,其中56%是配备了Pro Pilot系统。2018年,日产计划推出多车道自动驾驶技术,首先是实现在高速公路上的自主变道,到2020年实现在城市道路上的自动驾驶。

大众:大众与科技公司Mobileye签署合作协议,在自动驾驶领域共同开发全新高智能导航地图。大众集团的2025战略,提出将自动驾驶技术、电气化及数字化这三大领域作为集团未来发展的重点。在今年的北美车展上,大众发布了可实现高度自动驾驶的电动概念车I.D。

宝马:去年7月宝马就联合英特尔和Mobileye达成合作协议,联手研发高度自动驾驶和全自动驾驶的解决方案以及创新系统,宝马还谋求更多的优质合作伙伴加入自动驾驶技术研发领域,形成开放式平台合作。预计到2021年将实现量产车型高度自动驾驶。

5.2互联网公司积极切入无人驾驶

除了传统汽车厂商,科技公司也把目光聚焦在无人驾驶领域,通常从汽车智能化的核心软件技术入手,切入无人驾驶领域。百度和谷歌在高精度地图方面有显著优势,Uber在无人货运方面已有布局,苹果开发了智能防撞系统。

同时,自动驾驶领域的合作趋势日趋明显。1)对传统汽车厂商来说,与互联网公司、有科技含量的零部件公司、以及汽车共享服务商开展合作,是避免被淘汰的有效路径;2)对科技企业来说,自主造车并非最明智的选择,毕竟未来汽车不仅仅等于「互联网+轮子」;3)对零部件供应商来说,只有依托于汽车制造和科技企业,才能推动汽车互联、加速无人驾驶或自动驾驶的普及,从而创造价值。

自动驾驶硬件:通用平台正在兴起

5.3汽车芯片:合纵连横加速发展

通常汽车主机厂在零部件的采购上,倾向采用垂直整合的商业模式。主要主机厂的电子元器件供应链也相对独立。全球前四大车载芯片供应商恩智浦、英飞凌、瑞萨,意法半导体都有各自主要服务的主机厂和一级供应商。

过去几年,包括Mobileye在内的主要汽车芯片公司已经在提供ADAS的芯片解决方案。从性能上来看,汽车芯片和英伟达、高通等提供的消费级芯片有较大差距。但由于整车厂对汽车芯片的安全性有较高要求,消费级芯片很难直接进入汽车芯片市场。

在过去的一年里,我们看到在汽车芯片行业发生了一系列并购。

英特尔/Mobileye:Intel宣布以150亿美金并购Mobileye。在汽车半导体领域,英特尔同时拥有Mobileye、Yogitech、Arynga等几个重要资产。Mobileye目前是领先的汽车视觉处理供应商,已为25家厂商的273款车型配备单目摄像头视觉处理芯片,Mobileye的EyeQ系列均为完整的SoC架构,在SAE-Level3和Level4上分别有5个合作项目。公司预计到2019年实现收入11亿美元,隐含年均增长46%。

公司从2012年开始研究深度神经网络(DNN,深度学习算法的一种)在汽车视觉中的应用,2015年10月量产的第三代芯片产品EyeQ3使用了DNN算法用来构建环境模型,实现了目前业内最为精湛的holistic path planning。

高通/NXP:高通宣布以380亿美金并购恩智浦(NXP)。2016年发布BlueBox平台,为OEM厂商提供设计、制造、销售Level4(SAE)自动驾驶汽车的解决方案计算平台。

英伟达:在图形处理上先发优势明显,是汽车厂商推进自动驾驶的技术伙伴,目前已宣布与特斯拉、奥迪、丰田、沃尔沃、博世、ZF等达成合作。公司推出了车用超级计算机DrivePX2,包含有4个处理器(2个GPU,2个Tegra)和12个CPU,每秒可进行2,400万次深度学习计算,以对来自不同传感器的信息作出实时反应。同时,英伟达通过开放PX平台,与相关车厂或一级供应商合作开发快速和定制化的SoC。

瑞萨电子(Renesas)2017年4月发布了Renesas Autonomy,一个全新设计的ADAS和自动驾驶开放平台。

意法半导体(STMicro)与Mobileye合作开发,两家公司最早在2005年就开始研发ADAS芯片。2016年5月Mobileye和意法半导体宣布将合作研发Mobileye第五代系统芯片EyeQ5,作为2020年实现全自动驾驶(FAD)汽车的中央处理器,并执行传感器融合程序,预计在2018年上半年可提供EyeQ5的工程样品。

德州仪器(TI)的汽车片上系统(SoC)解决方案TDA2x提供了一个开放的平台,TDA2x为前臵摄像头、泊车辅助、雷达及融合应用的入门级解决方案提供了一种可实现高性能的架构。TDA3x则主要用于帮助汽车制造商开发出更加尖端的应用,同时减少交通事故并使初、中级汽车实现更自主的驾驶体验。

5.4传感器:摄像头搭载数量上升,激光雷达加速发展

通过对最新发布的智能驾驶平台的分析,我们注意到两个明显趋势。

搭载摄像头数量上升:金准产业研究团队认为,要实现L3/4级别的自动驾驶,单车的摄像头数量将从L1/2级别的2颗增加到10颗。Tesla新推出的AutoPilot2平台总共含有8个摄像头,其中包括1个3目前视摄像头,3个前环视摄像头,3个后环视摄像头,1个后视摄像头,比AutoPilot1中1个单色前视摄像头数量大幅度增加。

激光雷达技术发展迅速:激光雷达能够发射激光束,并通过捕捉反射回来的信号绘制出3D模型。大多数切入自动驾驶的车企都选择搭载激光雷达,除了Tesla只依靠摄像头和普通雷达。制约自动驾驶向L3/4挺进的主要原因在于搭载的电子元器件成本太高,激光雷达目前的平均售价在5,000美金左右,因此如何快速的降低成本成为重中之重。Velodyne于近日推出了一款经济实惠的新型激光雷达,与传统的机械激光雷达不同,新型传感器能使用电子束引导激光束转向。这款新产品具有体积小,性能稳定,价格便宜等优势。

5.5市场规模:2025年达到486亿美元

自动驾驶硬件规模2025年可达486亿美元。金准产业研究团队认为,现有汽车电子占全球半导体市场仅为10.0%左右,2017年市场规模2017年将成长6.2%达到343亿美元,2018年增长7.2%至358亿美元。我们通过对各等级的自动驾驶渗透率进行了测算,在2025年自动驾驶传感器与计算芯片的规模可达486亿美元。

目前硬件价格高昂阻碍L3/4普及:我们对SAE要求的各等级自动驾驶需要加装的硬件成本进行了测算,主要分为计算芯片和传感器两部分。从L1到L4,级别越高,所需要加装的硬件成本也在上升,整体而言,2016年L1/2的单车电子加装成本为648美元,L3/4则需21,920美元,其中中央控制和处理器占据绝大多数成本,例如,NvidiaDrivePX2的售价高达1.5万美元。

2025年L3/4的加装成本有望下降至4,688美元。我们对主要硬件成本的价格曲线进行了假设,随着摄像头、激光雷达、芯片成本的不断下降,以及软件处理的优化,判断到2025年,L3/4等级的自动驾驶成本有望从超过2万美元缩减到4,688美元,同时带来渗透率的提升。


下图归纳了亚洲自动驾驶/电动车产业链的情况。

中国在动力电池技术上全球领先,但在汽车电子上相对薄弱,主要平台目前掌握在Continental、Bosch、Denso等全球一级供应商手里。中国公司主要作为二级供应商参与到整个供应链中去。中国公司相对较强的零部件包括:(1)电子传感器(舜宇),(2)车机(航盛,华阳,德赛)。

中国厂商在汽车电子产业链中的布局:

舜宇光学:是全球最大车用镜头提供商,产品覆盖了车载摄像头的各个领域(前视、后视、内视(驾驶员监控/手势识别)、环视、智能后视镜等。进入HUD与激光雷达领域,全方位布局传感硬件。

欧菲光:公司通过汽车电子业务、智能中控业务、智能驾驶业务以及互联网+业务切入汽车电子领域。公司在传感器(摄像头、雷达)、控制器(高清全景环视系统、ADAS高级辅助驾驶系统)等方面进行了产品布局。同时,公司投资了美国的Cruise Automation,其产品可将普通车辆变成自动驾驶汽车,第一代自动驾驶系统适用于奥得润电子:拥有全面的连接器布局,前瞻性布局车联网,收购意大利OBD(行车记录仪)模块龙头企业Meta,向车联网保险等软件服务领域拓展。

四维图新:布局无人驾驶,构建高精度地图、动态交通信息。同时,打造趣驾WeDrive3.0完整车联网生态平台,产品包括纯车机方案WeCar、车机互联方案WeLink、和操作系统趣驾OS。

比亚迪:布局BMS,母公司集电池、BMS、电动汽车研发于一身,垂直整合优势明显。比亚迪汽车电子已经有多年积累,2014年上市内臵Android操作系统的车型。

德赛电池与欣旺达则在电池封装与BMS上领先布局。

深圳航盛电子(未上市)致力于为整车厂开发生产智能网联汽车信息系统、智能驾驶辅助系统、新能源汽车控制系统等产品。未来,公司将重点布局车内ADAS、安全技术和智能驾驶技术。

华阳(待上市,我国最大的激光头和汽车音箱生产商之一)将围绕车本身,在相关的感知系统和通信定位和决策系统上布局,推出三个领域的产品:车身电子控制系统、娱乐系统、高级驾驶辅助系统。

德赛西威(未上市)与百度联手,将围绕BCU和MapAuto两个维度,在高精度地图与自定位、汽车环境感知、决策等技术领域展开合作。其大股东是上市公司德赛电池的母公司。

六、AI+医疗:从电子病历到辅助诊疗手术机器人,应用前景广泛

语音交互、计算机视觉、认知计算等技术蓬勃发展,助推医疗领域的快速突破。通过人工智能的手段,医生诊疗、患者自诊的效率可以大幅提升。具体的应用场景包括:语音录入病例、医疗影像智能识别、辅助诊疗/癌症诊断、医疗机器人、个人健康大数据的智能分析等。其中,(1)语音录入病历已在国外具备成熟应用,国内从去年起已开始逐步试点落地;(2)医疗影像智能识别尽管处于发展初期,但市场创业热情极高,不过仍需要解决数据标注等难题;(3)在辅助诊疗、癌症诊断、生物医学研究等领域,随着IBM Watson、Google DeepMind等巨头的切入,产品化进度突飞猛进,目前Watson已在国内数家医院落地,国内部分医疗IT与人工智能巨头企业也在着手研发;(4)Intuitive Surgical、天智航等企业已在手术机器人领域深根多年,近期导诊服务机器人也在集中上线;(5)个人健康大数据智能分析仍处于单点突破的阶段,可以通过一些特征数据实现对特定疾病的预测。综合来看,AI+医疗是人工智能应用中具备强大市场潜力的新兴领域。

6.1语音录入病历:国际巨头已现,中国市场发展广阔

传统电子病历录入耗时过长,成为医生的职业困扰,电子病历(EMR)的设计初衷是实现高效诊疗和数据共享,但实际操作中医生却需要耗费大量时间录入病历,诊疗效率并未得到有效提升。根据医学网站《丁香园》调查,50%以上的住院医生每天用于写病历的平均时间达4小时以上,其中一部分甚至超过7小时;据美国医学会(AMA)统计,医生职业生涯约15%~20%的时间用在病历书写等文档工作上,而接受训练的医生(如住院医生)所耗费的时间更是高达30%,电子病历录入的简易性和高效性成为临床医生的迫切需求。

语音录入成为主要解决方案,兼容性和准确率是应用的关键。语音电子病历允许医生通过口述的方式进行病历的录入,成为代替传统电子病历的主要解决方案,语音输入系统需要与现有的医疗信息化系统相结合,兼容不同版本的HIS、EMR、PACS等子系统;此外,准确率是语音录入的核心评价指标之一,尤其医疗领域的专有名词数量众多,系统必须进行有针对性的优化,这也为准确识别和录入增加了难度。

6.2医疗影像智能识别:上市公司和创业公司纷纷布局,整体处于商业化初期阶段

医疗影像数据丰富,人工识别存在不足。据统计,医疗行业90%的数据源于医疗影像,而现阶段的医疗影像诊断分析主要由医师人工完成,存在着一定的不足。(1)医师数量存在缺口。医疗影像数据保持着年均30%的高速增长,而中国放射科医师数量年均增速仅4.1%,基层医生更是严重缺乏,人手不足旺旺导致影像科医生工作时间过长;(2)医师的疲劳或经验不足可能引起错误的诊断。据统计,我国普遍疾病的误诊率高达27%左右,重大疾病的误诊率更是高达40%左右;(3)对影响的识别存在较强的主观性,医师之间的技术和经验有所差异,对同一资料的解读也可能存在分歧;(4)人工识别仅基于个人小样本的经验,很难利用全行业的大规模数据获取进一步的有效信息。

智能识别基于图形学和深度学习技术,有望提升信息复用率、识别效率和准确率。在医疗影像的智能识别中,首先借助计算机图形技术对医疗影像进行预处理、图像分割、特征提取、匹配判断等处理,而后结合后台数据库中的医疗影像数据,基于深度学习方式构建模型,针对医疗影像进行识别并给出判断。相比传统人工读片,智能识别充分提高了信息的重复利用率,能够以更客观、低成本、高效率的方式进行影响识别。

智能识别解决行业痛点,实现医院、患者、医生三方面共赢。医生方面,智能识别减少了读片时间,辅助医生减低误诊概率,提高诊疗水平;患者方面,智能识别能够有效减少患者的诊疗时间,方便患者进行远程诊疗,享受一线城市和大型三甲医院的高水平医疗;医院方面,对大规模的数据加以充分利用,建立整体的数字化平台,提高医院的核心业务能力,同时也有望推进医院之间的数据交换和共享。

6.3辅助诊疗:以Watson为例,规模化应用值得期待

辅助诊疗作为认知智能的深层次应用,是“AI+医疗”的核心场景之一。通过理解和学习医师的专业知识,辅助诊疗技术平台模仿专业医师的判断过程,针对疾病作出诊断,并给出诊断的置信范围。目前,辅助诊疗行业较为成熟的案例是IBM的Watson系统,国内人工智能公司科大讯飞也在积极布局。


6.4医疗机器人:手术机器人达芬奇去嫉妒较高,导诊机器人集中面市

医疗机器人市场空间广阔,手术机器人占据65%份额。根据波士顿咨询的数据,2016年全球医疗机器人行业每年营收达到74.7亿美元,2020年有望达到114亿美元,年均复合增长率约为11.1%;至2018年年全球医疗机器人的销量达到约4000台,2014~2018年CAGR达到34.45%。按照应用场景,医疗机器人可分为手术机器人、诊疗机器人、护理机器人、康复机器人、导诊机器人、医用教学机器人等。手术机器人是整个医疗机器人市场中占比最大的产品。

6.5个人健康大数据分析、精准医疗等

“AI+医疗”还可以用于个人健康大数据跟踪与分析、基因检测、精准医疗等方面。

智能软硬件共同助力个人健康大数据分析。个人健康的大数据分析可分为两个方面:一方面是基于个人数据实时监测和分析的日常健康管理,另一方面是个体治疗中的病情监控、评估疗效、康复护理等信息管理。智能软硬件设备高度写作,医疗设备霍克穿戴设备进行健康情况、运动情况、睡眠情况等数据的实时采集,而后将数据传输至后台软件,基于大数据平台和个人健康模型进行分析及预测。据英国咨询公司CCS Insight预测,2016年可穿戴式行业规模140亿美元,2020年则有望达340亿美元,CAGR达到24.8%,个人可穿戴设备的增长有望促进个人健康数据分析的普及。

基因测序技术逐步成熟,各国基因组计划相继启动,精准医疗具备发展基础,精准医疗基于基因测序、分析和诊断技术,为个体制定个性化的预防措施或提供精确的靶向治疗方案。目前,基因测序技术经历了三次迭代,二代测序技术已经成熟,精准医疗具备了测序的技术基础。2011年起,各国的基因组计划相继开展,精准医疗具备了大规模的生物学数据资源。根据BBC Research的数据,全球精准医疗市场从2005年的187亿美元增长到2015年的585亿美元,年均复合增速12%,预计2020年全球精准医疗市场规模将达1023亿美元。目前,可以进行基因诊断的疾病已经达到3000余种,主要集中在NIPT(无创产前诊断)、肿瘤诊疗、辅助生殖、遗传病风险评估、罕见病筛查等领域。