2022/04

汽車軟件黃金賽道,多維度剖析廠商成長性

發(fā)布時間：2022-04-09 13:39:13

發(fā)布者：sgz

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1.汽車智能推廣軟件定義汽車時代的到來

回顧汽車工業(yè)的發(fā)展歷史，汽車工業(yè)經(jīng)歷了從機械時代到電子時代到軟件時代的發(fā)展歷程。自20世紀80年代以來ECU 開始上車，汽車行業(yè)以 Tier1通過增加 ECU 來提升車輛功能，這一過程中汽車軟件以和硬件深度耦合的方式得到發(fā)展；現(xiàn)如今，各汽車企業(yè)生產(chǎn)的不同車型的硬件配置已逐漸趨同，成本和功能改善空間有限，而新能源和智能化逐漸獲得成功，汽車軟件開始成為車企打造差異化的核心要素，汽車行業(yè)逐漸邁向軟件定義汽車（Software Defined Vehicles，SDV）的時代。

整個汽車行業(yè)正在向智能轉(zhuǎn)型。與傳統(tǒng)汽車不同，智能汽車可以通過新的軟件技術(shù)為車主創(chuàng)造豐富的感知價值和更舒適的駕駛體驗。近年來，越來越多的汽車制造商、零部件制造商、谷歌、蘋果、百度等技術(shù)公司開始投資于智能汽車的研發(fā) ，智能汽車正在迅速搶占汽車市場。例如，全球主流汽車公司正在密集研發(fā) L3 級以上自動駕駛，未來自動駕駛的搭載率和自動駕駛等級將不斷提高。

智能汽車將促進汽車軟件開發(fā)需求的爆炸性增長。一輛數(shù)字汽車(2015年 )的軟件代碼量可以達到 1億行，遠高于 Facebook、戰(zhàn)斗機、人造衛(wèi)星等高科技產(chǎn)品的代碼量。隨著智能駕駛艙、自動駕駛等智能模塊的發(fā)展，汽車軟件代碼量仍在以20%以上的年增長率急劇增加。 2025年生產(chǎn)的智能汽車代碼量預計將達到 7 1億行，比 2020 年增加 2.3 倍。可以看出，汽車制造的技術(shù)壁壘也從三個傳統(tǒng)部件和部件的集成能力轉(zhuǎn)變?yōu)榇a研發(fā)能力。隨著汽車智能化的不斷升級和軟件生態(tài) 的逐步繁榮，汽車軟件開發(fā)的需求將爆炸性增長，汽車軟件的成本比例將大大提高。

汽車軟件市場規(guī)模將繼續(xù)擴大。全球汽車軟件市場：Berylls管理咨詢公司預計汽車軟件市場規(guī)模將 2020-2030 年增長三倍以上，年均增長率為 13%，市場規(guī)模將從 760 億歐元增長到 2520 億歐元。具體來說，智能駕駛領(lǐng)域（ADAS/AD）將占據(jù)2020年至2030年汽車服務市場增長的最大份額，軟件平臺、安全性和集成測試驗證也將有較高的復合增長率。當然，最快的增長率將是一個高性能的計算平臺（HPC），預計將達到 37%。如果要進一步拆分整個市場的增量，核心增量(約 2100 億歐元)來自于智能功能復雜性的提高。同時，軟件模塊化和開發(fā)模式轉(zhuǎn)變帶來的效率提升也開發(fā)支出 620 億歐元。

1.1. EE 架構(gòu)升級是軟件定義汽車硬件的基礎

智能化和網(wǎng)絡化必須以電子電氣架構(gòu)核心的計算能力為基礎。沒有硬件基礎，軟件無法定義汽車和汽車 EE 結(jié)構(gòu)的變化主要體現(xiàn)在 4個方面：

計算性能：汽車芯片由 MCU 轉(zhuǎn)向 SoC。MCU 通常只有一個芯片CPU 處理單元、存儲和接口單元的計算能力一般只有幾百 DMIPS；而 SoC 是一種系統(tǒng)級芯片，通常使用 CPU AI 芯片（GPU\FPGA\ASIC）英偉達 Orin X 算力高達 254TOPS。智能駕駛艙和自動駕駛為汽車的智能架構(gòu)和算法算力帶來了數(shù)量級的改進需求MCU 主要的汽車芯片將無法滿足這些需求，轉(zhuǎn)向具有更強計算能力的 SoC 芯片；

通信帶寬：車載以太網(wǎng)已成為汽車骨干通信網(wǎng)絡。在傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)中ECU 之間大多通過 CAN 通訊、LIN 通訊、Flex Ray 等通信，數(shù)據(jù)傳輸速度非常有限，一般只有幾兆每秒。隨著汽車傳感器數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)傳輸?shù)捏w積和速率要求顯著提高。未來，以太網(wǎng)將成為汽車的骨干網(wǎng)絡，并可以在單對非屏蔽雙絞線上實現(xiàn) 100Mbit/s，甚至 1Gbit/s 傳輸速率。

軟硬解耦實現(xiàn) OTA 升級。軟件不再是基于固定硬件開發(fā)的，原來的汽車 ECU 軟件煙囪垂直架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄓ糜布脚_ 基礎軟件平臺各種應用軟件的水水平分層架構(gòu)，實現(xiàn)軟硬件的解耦。通過連續(xù) OTA 軟件功能迭代促進車輛功能升級。

更好的成本控制。目前主要是高端車型和智能車型ECU 的數(shù)量達到 100 以上，加上一些簡單的功能 ECU 總數(shù)可超過 200 ，ECU 通過域控集成可以大大降低相應線束增加帶來的成本增加ECU 數(shù)量；此外，ECU 由不同的供應商提供，任何功能修改都涉及多個控制器的重新開發(fā)和驗證，耗時費力，軟件邏輯由供應商控制，主機制造商無法有效地管理軟件功能。

在智能和網(wǎng)絡變革的趨勢下，軟件和硬件在零件層面解耦，軟件獨立成為零件的核心產(chǎn)品。汽車軟件產(chǎn)品獲得的多維車輛數(shù)據(jù)和控制權(quán)限實現(xiàn)了復雜的功能和任務執(zhí)行。汽車軟件越來越復雜，行數(shù)迅速增加，并逐漸形成了一個系統(tǒng) OS 和應用軟件架構(gòu)，汽車軟件開發(fā)難度增加。

1.2. SOA 是定義汽車軟件趨勢的軟件

傳統(tǒng)分布式 EE在架構(gòu)下，汽車軟件的運行主要基于面向信號架構(gòu)（Signal-Oriented Architecture），該軟件架構(gòu)不能滿足智能汽車的需求：

固定結(jié)構(gòu)缺乏靈活性。ECU 在架構(gòu)設計階段，架構(gòu)設計階段提前定義ECU 排序文件中，運行過程中依次調(diào)用、逐個運行。ECU 之間的信號收發(fā)關(guān)系是靜態(tài)的，只能由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)，不靈活。同時，這種固定的軟件架構(gòu)限制了用戶個性化開發(fā)的需求，OTA 外部開發(fā)定義外部開發(fā)者的新功能，也無法支持在線升級和軟件迭代更新。

面向信號架構(gòu)無法實現(xiàn)人車交互。面向信號架構(gòu)只支持接收和發(fā)送模式，不支持要求和響應模式，無法實現(xiàn)交互，無法發(fā)揮智能汽車的特點。

在分布式架構(gòu)下，軟件與硬件高度耦合，軟件運行依賴于硬件。當軟件發(fā)生變化或升級時，需要對整車進行集成驗證，時間長，難度大。此外，當控制器出現(xiàn)問題時，相應的功能也可能完全失效，這不僅會增加成本，還會在智能駕駛艙、自動駕駛等智能功能下造成巨大的安全問題。

軟件功能變更成本高，難度大。在傳統(tǒng)的面向信號架構(gòu)下，如果需要更改軟件功能、車輛通信系統(tǒng)和 ECU 必須改變， ECU 數(shù)量的急劇增加顯著增加了過程的成本和復雜性。

SOA 將車端的不同功能和硬件能力分為服務，并根據(jù)車輛的原子能力將服務分為較小粒度的接口。標準化包裝各服務組件的接口，可通過既定協(xié)議進行訪問和擴展；SOA 的核心要素包括松耦合、標準化定義、軟件重用等。SOA 使用層功能可以在不同車型上重復使用，并可以快速響應用戶基于標準化界面的新功能需求。軟件工程師在修改或添加軟件功能時，只需編寫上層相應的服務組件，而無需重新編譯和開發(fā)基本軟件層、運行環(huán)境層等軟件組件，大大降低了軟件升級的復雜性和成本，提高了效率。

從長遠來看，汽車企業(yè)將引進大量算法供應商、軟件開發(fā)商和服務提供商共同建設 SOA，為智能汽車軟件提供高質(zhì)量的運行平臺，為客戶提供全覆蓋的軟件服務。因此，各大汽車企業(yè)逐漸將工作重心轉(zhuǎn)移到 SOA 合作開發(fā)預計未來5年將迎來 SOA 量產(chǎn)高峰期。

當然，要清醒認識理想 SOA 開發(fā)成本高，跨 ECU 的 IPC(進程間通信) 必須比 ECU 內(nèi) IPC 更為復雜，需要額外的接口包裝，這將增加額外的調(diào)度和計算資源，而這些成本和成本并沒有直接提高用戶體驗。SOA 架構(gòu)不會一蹴而就。

2. 汽車軟件架構(gòu)

智能汽車軟件分為三層架構(gòu)，包括：1、底層系統(tǒng)軟件層，包括 BSP、2.功能軟件層：包括位于操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡能軟件層：位于操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫上的圖書館組件和中間件，為應用軟件提供操作和開發(fā)環(huán)境，幫助用戶靈活高效地開發(fā)和集成復雜的應用軟件；3。上層應用算法軟件層，包括智能駕駛艙 HMI、ADAS/AD 算法、網(wǎng)絡算法、云平臺等，用于實現(xiàn)對車輛的控制和各種智能功能。