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汽車行業(yè)正在經(jīng)歷大規(guī)模的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這一轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)是從傳統(tǒng)的車輛架構(gòu)過渡到軟件定義汽車（SDV），這是一種重新構(gòu)建汽車結(jié)構(gòu)和功能的模型。軟件定義的車輛是由軟件和硬件組件協(xié)同工作，以提供卓越的功能、連接和增強(qiáng)的用戶體驗(yàn)。

軟件定義汽車的好處

隨著硬件的日益標(biāo)準(zhǔn)化以及技術(shù)差距的縮小，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷與智能手機(jī)或電腦類似的發(fā)展過程，即產(chǎn)業(yè)從硬件升級(jí)到軟件開發(fā)的轉(zhuǎn)變。

這個(gè)變化意味著車輛的服務(wù)領(lǐng)域，如ADAS、導(dǎo)航、連接、HMI或電氣化，將通過中央計(jì)算機(jī)運(yùn)行，由汽車操作系統(tǒng)和通過數(shù)字駕駛艙啟用的人工智能服務(wù)進(jìn)行管理和控制，車輛將更加智能。為此，汽車制造商們紛紛加緊開發(fā)自己的操作系統(tǒng)，或在操作系統(tǒng)開發(fā)上與合作伙伴密切合作。

特斯拉自進(jìn)入汽車行業(yè)以來，一直堅(jiān)持開發(fā)并使用自有車輛操作系統(tǒng)，上市的汽車也是軟件定義的架構(gòu)。

近日，半導(dǎo)體企業(yè)高通公司宣布加入兩個(gè)聚焦軟件定義汽車的聯(lián)盟：Eclipse基金會(huì)的軟件定義汽車工作組以及面向嵌入式邊緣的可擴(kuò)展開放架構(gòu)（SOAFEE）特別興趣小組。

作為公司“開發(fā)者優(yōu)先”戰(zhàn)略的一部分，高通將大力推動(dòng)基于開放標(biāo)準(zhǔn)的SDV技術(shù)的開發(fā)與普及，為全球汽車原始設(shè)備制造商（OEM）和一級(jí)供應(yīng)商（Tier-1）構(gòu)建SDV平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。多家市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2025年將是軟件定義汽車（SDV）在全球普及的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

在汽車行業(yè)，軟件定義車輛有三個(gè)顯著的影響：

• 一是網(wǎng)絡(luò)功能與專有硬件設(shè)備脫鉤，實(shí)現(xiàn)車輛在物理和數(shù)字上的并行開發(fā)，由軟件決定車輛的差異化；

• 二是將軟件與硬件解耦，可以在車輛的整個(gè)使用壽命內(nèi)快速、持續(xù)地開發(fā)新功能和更新軟件；

• 三是實(shí)現(xiàn)車輛軟件的商業(yè)化，使得車輛的生命周期和價(jià)值周期擴(kuò)大。

具體到汽車制造商和消費(fèi)者，軟件定義車輛帶來的好處更加多樣化，主要體現(xiàn)在：

改善客戶體驗(yàn)

SDV可以為客戶提供更個(gè)性化、更方便、更吸引人的功能和服務(wù)，如駕駛員輔助、信息娛樂、連接、移動(dòng)性等，消費(fèi)者甚至還可以根據(jù)自己的偏好和需求定制車輛。

增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈的合作創(chuàng)新

SDV可以更快、更容易地開發(fā)和部署新特性和功能，還可以促進(jìn)汽車生態(tài)系統(tǒng)中不同利益相關(guān)者如OEM、供應(yīng)商、軟件開發(fā)商、服務(wù)提供商等之間的合作與整合。

高效率添加新功能的能力

SDV可以有效降低硬件組件和系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還可以通過使用軟件算法和數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化車輛的性能和能耗。借助空中傳送（OTA，Over-the-Air）技術(shù)，即便是汽車出廠后，制造商依然能夠通過軟件更新提高車輛性能，不斷改善駕駛體驗(yàn)。

僅此一點(diǎn)就代表了汽車行業(yè)有史以來重大的范式轉(zhuǎn)變，因?yàn)橛布x的汽車在其整個(gè)生命周期中這些參數(shù)是保持不變的。有了遠(yuǎn)程執(zhí)行軟件更新的能力，制造商可以在不召回車輛的情況下解決任何缺陷或引入新功能。

增強(qiáng)安全性

SDV可以通過使用加密、身份驗(yàn)證和其他軟件技術(shù)來提高車輛的安全性，還可以通過使用OTA更新和云服務(wù)來檢測(cè)和防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。此外，通過遠(yuǎn)程信息處理和診斷能夠深入了解車輛性能，實(shí)現(xiàn)更有效的預(yù)防性維護(hù)。

自動(dòng)駕駛是目前汽車行業(yè)炙手可熱的話題，究其根本，它面臨的主要是軟件方面的挑戰(zhàn)。雖然自動(dòng)駕駛硬件系統(tǒng)依賴于一套不同的傳感器，包括攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)和其他傳感器，但若實(shí)現(xiàn)自主駕駛還需要使用基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）開發(fā)的復(fù)雜道路行為模型，對(duì)加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向等核心駕駛功能進(jìn)行完全控制。

隨著新功能和安全改進(jìn)的出現(xiàn)，自動(dòng)駕駛也需要定期更新軟件，而SDV可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

軟件定義汽車中的關(guān)鍵技術(shù)

回顧汽車行業(yè)過去七十多年的發(fā)展軌跡，我們看到了這樣的變化：1948年的一輛汽車大約包含50根電線、40米的電纜，沒有半導(dǎo)體器件或軟件。今天，一輛高端汽車幾乎采用了3,000多根電線和2-3千米或3-5千米的電纜，超過1億行的代碼，這些代碼數(shù)量比許多現(xiàn)代飛機(jī)甚至整個(gè)社交媒體網(wǎng)站都要多。

預(yù)計(jì)未來的汽車需要的軟件量將是現(xiàn)在的4到5倍。這也是為什么很多專家稱未來的汽車為“車輪上的數(shù)據(jù)中心”。隨著電動(dòng)汽車（EV）的興起、電氣/電子（E/E）架構(gòu)的變化以及代碼數(shù)量的激增，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)大變革，汽車制造商們開始重新思考或正在構(gòu)建新的汽車電氣架構(gòu)，目標(biāo)就聚焦在SDV上。

那么，一輛軟件定義的車輛將包含那些關(guān)鍵部件呢？

集中式計(jì)算平臺(tái)

SDV依靠強(qiáng)大的集中式計(jì)算平臺(tái)來管理和協(xié)調(diào)各種車輛子系統(tǒng)。這些平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)處理來自傳感器、執(zhí)行器和其他車載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以做出智能決策并優(yōu)化車輛性能。

高速網(wǎng)絡(luò)

為了支持SDV的高帶寬和低延遲要求，車輛采用了以太網(wǎng)、5G和V2X通信等先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車輛子系統(tǒng)之間的無縫通信，并促進(jìn)了與外部設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的連接。

OTA功能

SDV的關(guān)鍵功能之一是能夠通過空中傳送接收軟件更新，從而在不需要物理干預(yù)的情況下持續(xù)改進(jìn)和部署新功能。這將有助于車輛保持技術(shù)和功能的更新，并確保在整個(gè)生命周期內(nèi)保持車輛的安全可靠。

模塊化軟件架構(gòu)

SDV利用模塊化軟件體系結(jié)構(gòu)，如微服務(wù)和容器化，實(shí)現(xiàn)新應(yīng)用程序和服務(wù)的快速開發(fā)和部署。這種方法有利于汽車制造商集成第三方軟件，為車輛提供豐富的應(yīng)用程序和生態(tài)系統(tǒng)。

軟件定義汽車開發(fā)平臺(tái)

SDV是汽車行業(yè)的一種新范式，它的架構(gòu)設(shè)計(jì)是靈活、可擴(kuò)展和模塊化的，允許新技術(shù)的集成和車輛系統(tǒng)隨時(shí)間的發(fā)展不斷更新。

NXP的軟件定義車輛駕駛平臺(tái)將實(shí)時(shí)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和連接以及電氣化解決方案結(jié)合在一起。該公司的S32汽車計(jì)算平臺(tái)是一個(gè)安全、可擴(kuò)展的平臺(tái)，具有可重復(fù)使用的硬件和軟件，具有空中傳送（OTA）更新和內(nèi)置安全功能。其中包含：用于車輛網(wǎng)絡(luò)的S32G3和S32G2處理器、用于域和區(qū)域控制的安全可靠的高性能S32Z2實(shí)時(shí)處理器。

為了加快OEM的產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程，在硬件方面，NXP推出了S32G3汽車網(wǎng)絡(luò)參考設(shè)計(jì)S32G-VNP-RDB3，這是一款緊湊型、高度優(yōu)化的集成板，適用于汽車服務(wù)型網(wǎng)關(guān)（SoG）、域控制應(yīng)用、高性能處理、功能安全和信息安全應(yīng)用。

S32G-VNP-RDB3基于八核Arm Cortex-A53內(nèi)核（具有可選的鎖步內(nèi)核對(duì)）和四核、雙核Arm Cortex-M7鎖步內(nèi)核，提供高性能計(jì)算能力和豐富的輸入/輸出（I/O），具有較高的計(jì)算、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)性能、多千兆數(shù)據(jù)包加速功能和安全性。

圖1：NXP S32G3汽車網(wǎng)絡(luò)參考設(shè)計(jì)S32G-VNP-RDB3（圖源：NXP）

在軟件方面，NXP的S32G汽車集成參考平臺(tái)GoldVIP集成了該公司標(biāo)準(zhǔn)的和參考軟件，以及開源的和第三方軟件，提供了一個(gè)評(píng)估、開發(fā)和快速原型設(shè)計(jì)平臺(tái)，可加快S32G硬件評(píng)估、軟件開發(fā)和快速原型設(shè)計(jì)工作。

此外，GoldVIP還包括圖形用戶界面、用于評(píng)估實(shí)時(shí)用例、實(shí)時(shí)資源監(jiān)控和安全的云連接，以及支持OTA更新、AUTOSAR環(huán)境、云服務(wù)以及入侵偵測(cè)與防御（IDPS）安全功能等合作伙伴集成。

圖2：S32G GoldVIP平臺(tái)集成了其標(biāo)準(zhǔn)和參考軟件以及開源和第三方軟件（圖源：NXP）

高通公司（Qualcomm）近期推出的Snapdragon Ride Flex SoC，是一款汽車中央計(jì)算解決方案，它支持OEM和整個(gè)SDV生態(tài)系統(tǒng)的下一代SDV解決方案。

Snapdragon Ride和Snapdragon Cockpit平臺(tái)構(gòu)成了車內(nèi)高性能計(jì)算平臺(tái)，F(xiàn)lex SoC是新添加的平臺(tái)，具有異構(gòu)計(jì)算性能，能夠在同一SoC上托管靈活的混合關(guān)鍵工作負(fù)載，是可擴(kuò)展的集中式計(jì)算解決方案的理想選擇。

此外，高通還提供了SDV開發(fā)所需的相應(yīng)的云內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施組件，如SoC虛擬平臺(tái)。

Snapdragon Ride和Snapdragon Cockpit平臺(tái)由Snapdragon Auto Connectivity平臺(tái)補(bǔ)充，該平臺(tái)為汽車提供了一流的5G連接，提供了對(duì)邊緣和云資源的低延遲高吞吐量訪問，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的V2V和V2X用途。

重要的是，Snapdragon車載云管理平臺(tái)可以提供OTA更新、SoftSKU等服務(wù)，加速了OEM實(shí)現(xiàn)SDV解決方案的進(jìn)程。

圖3：Snapdragon Ride Flex SoC功能框圖（圖源：Qualcomm）

貫穿SDV整個(gè)生命周期的OTA

對(duì)于軟件定義的車輛而言有兩大改變：一是車輛中軟件（包括電子硬件）的數(shù)量和價(jià)值超過機(jī)械硬件；二是汽車從高度機(jī)電化的終端逐步向智能化、可擴(kuò)展、可不斷升級(jí)的移動(dòng)電子終端轉(zhuǎn)變。為了成為這樣的智能終端，車輛在標(biāo)準(zhǔn)操作程序（SOP）之前預(yù)先嵌入了先進(jìn)的硬件，這些硬件的功能和價(jià)值將在整個(gè)生命周期中通過OTA系統(tǒng)逐漸激活和增強(qiáng)。

OTA是一種通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)汽車的零部件終端上固件、數(shù)據(jù)及應(yīng)用進(jìn)行遠(yuǎn)程管理的技術(shù)。

當(dāng)前使用的OTA技術(shù)主要有兩種：

根據(jù)Maximize Market Research的預(yù)測(cè)，2022年，汽車OTA市場(chǎng)規(guī)模約為330億美元，預(yù)計(jì)2023年至2029年，市場(chǎng)將以13.72%的速度實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，至2029年達(dá)到近813億美元。

從本質(zhì)上講，OTA是SDV從設(shè)計(jì)、開發(fā)到制造的核心技術(shù)。汽車OEM紛紛嘗試在已有或未來的車型中增加OTA功能。HARMAN公司的OTA是業(yè)界非常優(yōu)秀的整車管理軟件方案，它使汽車制造商和Tier-1能夠安全地管理所有車載軟件組件，包括主機(jī)、TCU（遠(yuǎn)程通信控制單元）和ECU（電子控制單元）上的固件、應(yīng)用程序、配置、設(shè)置和地圖，從而適應(yīng)不斷發(fā)展的市場(chǎng)。

在OTA市場(chǎng)，初創(chuàng)公司的發(fā)展勢(shì)頭也很猛。以Sibros為例，這家成立于2018年的公司，風(fēng)險(xiǎn)投資額超過8,500萬美元，谷歌和高通等主要汽車相關(guān)公司都是它的投資方。Sibros為其OTA平臺(tái)建立了一個(gè)橫跨硬件、硅和云軟件領(lǐng)域的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)。

目前，Sibros擁有來自10多家合作伙伴供應(yīng)商的預(yù)集成硬件工具包，這些產(chǎn)品已準(zhǔn)備好在客戶原型評(píng)估和驗(yàn)證工作中即插即用。

SDV趨勢(shì)下的價(jià)值鏈重組和挑戰(zhàn)

過去，客戶對(duì)汽車的體驗(yàn)和感受主要由硬件來定義。未來，軟件將從中扮演更重要的角色。這種軟件大規(guī)模塑造客戶體驗(yàn)的趨勢(shì)，不僅影響汽車產(chǎn)業(yè)的開發(fā)和運(yùn)營(yíng)，而且很可能顛覆現(xiàn)有的商業(yè)模式和合作類型。

以智能網(wǎng)聯(lián)汽車為例，伴隨著以軟件為導(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，產(chǎn)業(yè)鏈從上到下可分為純軟件層、基礎(chǔ)軟件層、工具軟件和電子硬件堆棧。從價(jià)值鏈角度來看，價(jià)值鏈兩端的應(yīng)用和算法軟件以及軟件密集型電子硬件具有相對(duì)較高的工業(yè)附加值，并將成為主機(jī)廠、零部件企業(yè)和科技公司關(guān)注的焦點(diǎn)。

面向軟件并不意味著硬件可以忽略不計(jì)。相反，硬件是軟件執(zhí)行其功能的重要載體。特別是軟件密集型電子硬件和半導(dǎo)體硬件將在產(chǎn)業(yè)鏈上帶來更大的附加值和更多的利潤(rùn)。去年，全球汽車行業(yè)開始了以軟件為導(dǎo)向的轉(zhuǎn)型。

與過去的轉(zhuǎn)型不同，成本和風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)的“聯(lián)盟模式”被進(jìn)一步打破，逐漸被垂直整合模式所取代。此外，轉(zhuǎn)型空前深化，甚至延伸到原始設(shè)備制造商的產(chǎn)品研發(fā)流程、組織結(jié)構(gòu)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。

SDV是汽車行業(yè)的一種新興趨勢(shì)，Precedence Research預(yù)計(jì)，軟件定義汽車市場(chǎng)目前的業(yè)務(wù)價(jià)值約為356億美元，預(yù)計(jì)到2032年將以19.47%的速度增長(zhǎng)，達(dá)到2,108.8億美元左右。

SDV的發(fā)展并非沒有挑戰(zhàn)。要成功實(shí)施SDV，汽車行業(yè)面臨諸多技術(shù)和監(jiān)管方面的障礙。主要體現(xiàn)在五個(gè)方面：

一、軟件的復(fù)雜性

SDV需要高水平的軟件工程專業(yè)知識(shí)和質(zhì)量保證，它還涉及管理大量數(shù)據(jù)，并確保不同軟件組件和系統(tǒng)之間的互操作性。

二、軟件架構(gòu)的更新

SDV需要一個(gè)強(qiáng)大且可擴(kuò)展的軟件架構(gòu)，可以支持不同的硬件配置、軟件模塊、云服務(wù)等。

三、軟件的生命周期管理

SDV需要一個(gè)持續(xù)而敏捷的軟件開發(fā)過程，以適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求。另外，還要有一個(gè)可靠和安全的OTA更新機(jī)制，以便在不損害車輛安全或功能的情況下提供軟件更新。

四、軟件的監(jiān)管

在整個(gè)開發(fā)過程中，SDV要有一個(gè)一致性的監(jiān)管框架，定義SDV生態(tài)系統(tǒng)中每個(gè)參與者的角色和責(zé)任。

五、硬件和軟件的解耦

過去，車輛的軟件和硬件是緊密結(jié)合在一起的，功能是與底層硬件一起開發(fā)和實(shí)現(xiàn)的，組件之間的依賴性使得更新單個(gè)軟件功能變得困難甚至不可能。這也是軟件定義汽車目前面臨的非常大的障礙。

從以硬件為主向軟件定義汽車的轉(zhuǎn)型將是未來5-10年推動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在向軟件定義汽車轉(zhuǎn)型的過程中，傳統(tǒng)汽車制造商將面臨多重困難和挑戰(zhàn)。而芯片供應(yīng)商、軟件供應(yīng)商和互聯(lián)網(wǎng)公司等新的汽車行業(yè)參與者將迎來新的發(fā)展機(jī)遇，高通、英偉達(dá)和Blackberry QNX等技術(shù)供應(yīng)商的深度參與就印證了這一說法。

隨著單個(gè)汽車零部件數(shù)量的減少，對(duì)軟件、云和OTA更新的增加，以及新的科技公司競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的出現(xiàn)，博世和大陸集團(tuán)等傳統(tǒng)Tier-1的角色和產(chǎn)品將發(fā)生變化。汽車OEM的目標(biāo)將不再是利用車輛中不斷增加的顯示器，使所有設(shè)備同步、更新和集成，而是更加關(guān)注車輛的智能化以及上市后車輛功能的升級(jí)，軟件功能將成為他們產(chǎn)品差異化的重要體現(xiàn)。

SDV是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它讓傳統(tǒng)的汽車產(chǎn)業(yè)跨入了一個(gè)新時(shí)代。目前，許多汽車OEM已經(jīng)公布了他們的戰(zhàn)略發(fā)展路線圖。通用汽車宣布將于2023年過渡到其Ultifi平臺(tái)。Ulitifi是位于通用汽車車輛智能平臺(tái)（VIP）之上的端到端軟件平臺(tái)，將允許在下一代車輛中使用軟件定義的功能。2023年，Ulitifi平臺(tái)將出現(xiàn)在全球29款通用汽車車型中。

結(jié)語

SDV并不是一個(gè)全新的概念。事實(shí)上，如今的汽車已經(jīng)擁有數(shù)百萬行代碼和數(shù)十個(gè)電子控制單元（ECU），這些單元控制著汽車的各個(gè)方面，如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、制動(dòng)器、信息娛樂、導(dǎo)航等。只不過，SDV通過將軟件作為汽車設(shè)計(jì)和開發(fā)的核心元素，將其設(shè)計(jì)理念和開發(fā)平臺(tái)提升到了一個(gè)新的水平。

軟件至上的設(shè)計(jì)有助于汽車OEM生產(chǎn)出經(jīng)得起未來考驗(yàn)且易于控制的汽車。軟件定義的車輛通過解耦硬件和軟件功能，重新定義了車輛的架構(gòu)。利用先進(jìn)的計(jì)算平臺(tái)、虛擬化技術(shù)和OTA更新，SDV讓靈活和可升級(jí)的車輛系統(tǒng)成為可能。

產(chǎn)業(yè)鏈上的所有企業(yè)都應(yīng)該進(jìn)行徹底的評(píng)估并做出前瞻性規(guī)劃，以便在新的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型中找到合適的路徑來保持主動(dòng)權(quán)。在向數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)重大變革，軟件定義汽車將成為重塑汽車產(chǎn)業(yè)格局新的里程碑。

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