車載芯片和操作系統(tǒng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

文 / 本刊記者 鄭雪芹

汽車電子電氣架構(gòu)正在從分布式向跨域集中式轉(zhuǎn)變，其中車規(guī)級芯片的發(fā)展成為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵，并由此帶來車用操作系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)、核心技術(shù)、軟件開發(fā)模式等全面變革。

“汽車操作系統(tǒng)‘芯’發(fā)展”主題論壇現(xiàn)場

2023 年11 月3 日，2023 中國汽車軟件大會在上海嘉定舉辦。本屆大會以“聚軟件之力，創(chuàng)數(shù)智未來”為主題，由中國汽車工業(yè)協(xié)會主辦，中德智能網(wǎng)聯(lián)汽車推廣應(yīng)用中心、上海智能汽車軟件園共同承辦，中國汽車工業(yè)協(xié)會軟件分會、智能網(wǎng)聯(lián)汽車分會和中國汽車工程學(xué)會汽車基礎(chǔ)軟件分會協(xié)辦。緊扣新時(shí)代汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和汽車軟件發(fā)展要求，本次會議設(shè)置了“1 場大會論壇+4 個主題論壇”，旨在打造汽車軟件領(lǐng)域開放、高端、權(quán)威的交流與溝通平臺。其中，在“汽車操作系統(tǒng)‘芯’發(fā)展”主題論壇上，眾多業(yè)內(nèi)專家、企業(yè)高層齊聚一堂，共同探討汽車產(chǎn)業(yè)深度變革給車載芯片與車用操作系統(tǒng)帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，共享核心部件的研發(fā)成果和經(jīng)驗(yàn)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)智慧力量。

軟硬一體化是大勢所趨

當(dāng)前，在面向汽車智能化和電子電氣架構(gòu)的持續(xù)革新中，以車規(guī)芯片和汽車基礎(chǔ)軟件為代表的汽車基礎(chǔ)軟硬件在產(chǎn)業(yè)升級中占據(jù)著重要地位。然而，我國汽車基礎(chǔ)軟硬件核心技術(shù)和典型產(chǎn)品嚴(yán)重缺失，已嚴(yán)重制約了我國汽車電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

電子科技大學(xué)嵌入式軟件工程中心主任羅蕾認(rèn)為，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電子電氣架構(gòu)正從分布式架構(gòu)向中央集中演進(jìn)，并進(jìn)一步向“車、路、云”協(xié)同方向發(fā)展，面臨多種技術(shù)挑戰(zhàn)。既需要高實(shí)時(shí)和高帶寬的主干通信網(wǎng)絡(luò)，又需要高性能、高實(shí)時(shí)支持異構(gòu)多核的軟硬件平臺。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建滿足軟件定義下的SOA軟硬件一體化平臺成為大勢所趨。

中汽創(chuàng)智平臺軟件開發(fā)部副總經(jīng)理嚴(yán)俊杰認(rèn)為，未來車用操作系統(tǒng)會成為整個汽車產(chǎn)品的核心底座，大家都在布局整個生態(tài)的建設(shè)，打造屬于自己的汽車產(chǎn)品的軟件生態(tài)?？梢灶A(yù)見，智能汽車整體發(fā)展是依托硬件的支撐、軟件的提升，以及生態(tài)共建的趨勢向前發(fā)展的。在發(fā)展過程中，軟件的復(fù)雜度和開發(fā)難度在逐年增加，其中難度最大的是全棧自研。嚴(yán)俊杰建議大家一起齊心協(xié)力，構(gòu)建智能汽車協(xié)同發(fā)展的生態(tài)。

為更好地應(yīng)對挑戰(zhàn)，中國汽車工業(yè)協(xié)會副秘書長楊中平建議，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)要堅(jiān)持“抱團(tuán)取暖”的方式參與市場競爭。一方面需要整車和零部件供應(yīng)商企業(yè)保持戰(zhàn)略定力，當(dāng)前中美技術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域摩擦和博弈的局面不會根本改變，對這種情況要有清醒的認(rèn)識，堅(jiān)定信心與汽車軟硬件企業(yè)開展聯(lián)合攻關(guān)。另一方面也需要汽車軟硬件企業(yè)著眼長遠(yuǎn)，下定決心盡早布局關(guān)鍵領(lǐng)域汽車產(chǎn)品研發(fā)。要堅(jiān)持在市場化基礎(chǔ)上探索利益共享的有效機(jī)制，把“合作”真正融入創(chuàng)新發(fā)展的核心本質(zhì)中，共同構(gòu)建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的良好生態(tài)。

事實(shí)上，上海國際汽車城已經(jīng)在打造這樣一個“利益共同體”。上海國際汽車城（集團(tuán)）有限公司黨委副書記、總經(jīng)理潘曉紅認(rèn)為，智能汽車軟件未來的發(fā)展將會更加開放、融合?；诖?，上海國際汽車城正在深入推進(jìn)智能汽車產(chǎn)業(yè)軟件的高地建設(shè)，并籌建了上海智能汽車軟件園，主要目標(biāo)是希望能夠加速汽車軟件產(chǎn)業(yè)的生態(tài)培育、關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)，提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力，著力突破汽車基礎(chǔ)軟件、車用操作系統(tǒng)、自動駕駛、智能座艙、汽車工業(yè)軟件等關(guān)鍵核心技術(shù)，形成很好的產(chǎn)業(yè)集群，協(xié)同發(fā)展，以期實(shí)現(xiàn)突破和創(chuàng)新。

芯片國產(chǎn)化面臨的挑戰(zhàn)

在智能汽車發(fā)展的進(jìn)程中，芯片的重要性不言而喻。誰擁有了芯片的核心技術(shù)，誰就掌控了行業(yè)的主動權(quán)和話語權(quán)。

在技術(shù)方向上，芯片和操作系統(tǒng)是解耦還是結(jié)合？普華基礎(chǔ)軟件副總經(jīng)理兼戰(zhàn)略研究院院長張曉先認(rèn)為要“看情況”，不同的情況就有不同的結(jié)果。只要是一個成熟的架構(gòu)、成熟的體系，邊界分明、標(biāo)準(zhǔn)清晰，軟、硬件一定是解耦的；但如果是一個創(chuàng)新的產(chǎn)品，則可能是軟硬結(jié)合的；而如果是一個完全創(chuàng)新的、仍在探索中的產(chǎn)品，那就一定是軟、硬件結(jié)合的，把功能發(fā)揮到極致，隨著功能成熟再形成軟、硬件解耦。

“汽車操作系統(tǒng)‘芯’發(fā)展”主題論壇現(xiàn)場

芯馳科技產(chǎn)品與市場總監(jiān)張曦桐認(rèn)為，軟件定義汽車的趨勢使得整車的電子電氣架構(gòu)不斷升級，最終大量車型會演進(jìn)到中央計(jì)算架構(gòu)，這將給芯片廠商帶來兩方面挑戰(zhàn)。一方面對于產(chǎn)品定義需要更準(zhǔn)確的把握和預(yù)判市場的趨勢，因?yàn)槭袌錾嫌卸喾N不同的架構(gòu)同時(shí)存在，帶來大量的差異化需求，廠商需要提供定制化的芯片和服務(wù)，滿足不同主機(jī)廠的差異化需求；另一方面，對產(chǎn)品的迭代速度、開發(fā)周期提出了更高的要求，需要更快的開發(fā)速度及更敏捷的迭代周期。

如何應(yīng)對上述挑戰(zhàn)？以芯馳為例，芯馳在座艙芯片方面提供的是一個整體的解決方案，除了芯片硬件以外，還跟合作伙伴一起提供全棧的軟件解決方案，從底層操作系統(tǒng)，到中間件、上層的應(yīng)用軟件，最終交付一套完整的解決方案，幫助客戶一起實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品能夠快速地量產(chǎn)和上車。

對于芯片國產(chǎn)化面臨的挑戰(zhàn)，芯旺微電子產(chǎn)品總監(jiān)盧恒洋補(bǔ)充到，汽車芯片的發(fā)展目前面臨著三大挑戰(zhàn)，第一是底層器件的可靠性；第二是研發(fā)過程；第三是安全。一款產(chǎn)品從無到有，往往是非常簡單的，但是從有到好，是非常難的過程，需要一個體系甚至是一場研發(fā)變革來支撐變好的狀態(tài)。

在國內(nèi)座艙芯片領(lǐng)域，已經(jīng)有一些成功的國產(chǎn)替代方案。中科創(chuàng)達(dá)智能汽車事業(yè)群第一事業(yè)部副總經(jīng)理陳凱介紹，座艙芯片包括車規(guī)級和非車規(guī)級兩類，其中車規(guī)級比較常用的有高通等，同時(shí)國內(nèi)的芯片企業(yè)包括芯馳、黑芝麻、地平線等，都在不停地替代原有的主流方案；非車規(guī)級近兩年的趨勢也愈加明顯，例如比亞迪應(yīng)用的座艙系統(tǒng)，具有較高的性價(jià)比，吸引主流的OEM 廠商也不斷參與進(jìn)來。另外，服務(wù)型芯片也有上車的趨勢，以特斯拉為樣本，國內(nèi)的一些企業(yè)也在跟隨。

中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟副秘書長仝宗旗認(rèn)為，隨著汽車向電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化方向發(fā)展，汽車正在從傳統(tǒng)的交通工具變成一個智能的互聯(lián)移動平臺，車輛未來的產(chǎn)品差異化需要由芯片與軟件合力兌現(xiàn)。在汽車電子電氣架構(gòu)從分布式向跨域集中式轉(zhuǎn)變的過程中，車規(guī)級芯片的發(fā)展成為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵，在智能汽車發(fā)展中具有關(guān)鍵作用與戰(zhàn)略意義。同時(shí)由此帶來車用操作系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)、核心技術(shù)、軟件開發(fā)模式等方面的全面變革。在此背景下，仝宗旗建議，國內(nèi)需要秉承“開放、開源并協(xié)作構(gòu)建多層解耦的立體生態(tài)體系”理念，形成中國標(biāo)準(zhǔn)和滿足中國應(yīng)用場景的產(chǎn)品，共建產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

車用操作系統(tǒng)破局之道

陳凱認(rèn)為，隨著高通、英偉達(dá)、地平線的新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，芯片的算力維度大幅提升，這將會給操作系統(tǒng)帶來更大的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括系統(tǒng)的復(fù)雜程度、功能安全、軟硬件協(xié)同、架構(gòu)設(shè)計(jì)等等，都會由于芯片的快速發(fā)展而增加挑戰(zhàn)難度。同時(shí)，對于整車的操作系統(tǒng)而言，在當(dāng)前的芯片算力不斷加強(qiáng)之后，包括異構(gòu)架構(gòu)演進(jìn)之后的解決方案，必須要通過整車的操作系統(tǒng)來統(tǒng)合HPC（高性能計(jì)算）能力，使所有底層非實(shí)時(shí)型的東西往上移，同時(shí)把云端的資源，以及相關(guān)聯(lián)的能力不停往車端移，做到良好的融合。

軟件的演變離不開架構(gòu)的推動，經(jīng)緯恒潤產(chǎn)品線總監(jiān)楊強(qiáng)認(rèn)為，汽車電子電氣架構(gòu)的演變從分布式到域集中式，再到中央計(jì)算單元+區(qū)域控制，最后到車云一體的架構(gòu)，對于軟件平臺的要求，也從AUTOSAR CP 到AUTOSAR AP，再到SOA、OTA，云管端一體，從橫向發(fā)展到縱向發(fā)展推進(jìn)。

楊強(qiáng)分享了系統(tǒng)中間件的演變趨勢。中間件是指位于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間的軟件組件，它有助于應(yīng)用程序和不同操作系統(tǒng)之間的通信和互操作性。系統(tǒng)中間件包含底層軟件框架、通用基礎(chǔ)軟件框架和功能軟件框架。從軟件分層來看，其實(shí)系統(tǒng)中間件也是廣義OS。廣義OS 除了包含狹義OS對應(yīng)的操作系統(tǒng)內(nèi)核、BSP 驅(qū)動之外，還會有基礎(chǔ)中間件以及功能軟件對應(yīng)的功能。在軟件定義汽車的理念中，廣義操作系統(tǒng)是汽車軟件的靈魂。

布局廣義OS 平臺可以有利于OEM 掌握開發(fā)生態(tài)、整合資源，也有利于簡化汽車開發(fā)流程，提升汽車開發(fā)效率。但是，整車廠做軟件開發(fā)，相應(yīng)的人力投入、資源投入，以及對組織架構(gòu)的挑戰(zhàn)非常大。

目前，除了基礎(chǔ)軟件供應(yīng)商布局廣義OS 之外，整車廠商也在紛紛布局各自的OEM.OS。2023 年9 月21 日，蔚來汽車發(fā)布整車全域操作系統(tǒng)——天樞SkyOS。天樞SkyOS 是蔚來整車底層操作系統(tǒng)，為整車研發(fā)建立全方位、立體的技術(shù)體系，使各種設(shè)備能夠有機(jī)地融合在一起，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同工作。天樞SkyOS 構(gòu)建起“1+4+N”技術(shù)集群，涵蓋車控、智駕、座艙、移動互聯(lián)等多個領(lǐng)域，成為智能數(shù)字技術(shù)基座。根據(jù)規(guī)劃，天樞SkyOS 全功能量產(chǎn)將在NT3 平臺車型上實(shí)現(xiàn)。

面對巨大的挑戰(zhàn)，以蔚來為代表的整車廠商為什么要自研全域操作系統(tǒng)？蔚來汽車SkyOS 首席架構(gòu)師、數(shù)字架構(gòu)資深專家羅金華解釋道，第一個原因是為了降低技術(shù)被“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)；第二，蔚來要積累自己全棧的研發(fā)能力，包括很多核心的技術(shù)能力積累；第三，有了這些技術(shù)，就可以做整車上的各種優(yōu)化，從用戶的體驗(yàn)、工作效率到車輛性能都可以做深入的優(yōu)化。

在全行業(yè)的共同努力下，未來智能汽車將會向何方發(fā)展？國汽智控聯(lián)席CEO 叢煒認(rèn)為，未來智能汽車將是帶有四個輪子的數(shù)據(jù)中心，并將為行業(yè)提供非常大的產(chǎn)業(yè)容量和想象空間。隨著車輛智能化程度的提高，并朝著高等級自動駕駛或者ADAS輔助駕駛道路演進(jìn)，車輛的異構(gòu)架構(gòu)需要快速迭代，以便于硬件、芯片更加趨同化，軟件平臺和場景APP 軟件將能夠發(fā)揮更多的價(jià)值，也就是我們所說的“硬件趨同、軟件定義和場景驅(qū)動”。