軟件定義汽車(chē)駕到，產(chǎn)業(yè)拐點(diǎn)即將來(lái)臨！

汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷大規模的數字化轉型，這一轉變的特點(diǎn)是從傳統的車(chē)輛架構過(guò)渡到軟件定義汽車(chē)（SDV），這是一種重新構建汽車(chē)結構和功能的模型。軟件定義的車(chē)輛是由軟件和硬件組件協(xié)同工作，以提供卓越的功能、連接和增強的用戶(hù)體驗。

隨著(zhù)汽車(chē)普及率越來(lái)越高，相信很多人都曾有一個(gè)愿望或夢(mèng)想，那就是能否開(kāi)上一輛能適應自己偏好和需求的汽車(chē)。

如今，SDV給出了答案：在不久的將來(lái)，借助SDV技術(shù)，你可以像定制智能手機一樣定制你的汽車(chē)，并且通過(guò)下載軟件就能更新汽車(chē)的功能和特性。這樣的汽車(chē)你會(huì )喜歡嗎？

軟件定義汽車(chē)的好處

隨著(zhù)硬件的日益標準化以及技術(shù)差距的縮小，汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷與智能手機或電腦類(lèi)似的發(fā)展過(guò)程，即產(chǎn)業(yè)從硬件升級到軟件開(kāi)發(fā)的轉變。

這個(gè)變化意味著(zhù)車(chē)輛的服務(wù)領(lǐng)域，如ADAS、導航、連接、HMI或電氣化，將通過(guò)中央計算機運行，由汽車(chē)操作系統和通過(guò)數字駕駛艙啟用的人工智能服務(wù)進(jìn)行管理和控制，車(chē)輛將更加智能。為此，汽車(chē)制造商們紛紛加緊開(kāi)發(fā)自己的操作系統，或在操作系統開(kāi)發(fā)上與合作伙伴密切合作。

特斯拉自進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)以來(lái)，一直堅持開(kāi)發(fā)并使用自有車(chē)輛操作系統，上市的汽車(chē)也是軟件定義的架構。

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

作為公司“開(kāi)發(fā)者優(yōu)先”戰略的一部分，高通將大力推動(dòng)基于開(kāi)放標準的SDV技術(shù)的開(kāi)發(fā)與普及，為全球汽車(chē)原始設備制造商（OEM）和一級供應商（Tier-1）構建SDV平臺奠定基礎。多家市場(chǎng)分析機構預測，2025年將是軟件定義汽車(chē)（SDV）在全球普及的轉折點(diǎn)。

在汽車(chē)行業(yè)，軟件定義車(chē)輛有三個(gè)顯著(zhù)的影響：

◆ 一是網(wǎng)絡(luò )功能與專(zhuān)有硬件設備脫鉤，實(shí)現車(chē)輛在物理和數字上的并行開(kāi)發(fā)，由軟件決定車(chē)輛的差異化；

◆ 二是將軟件與硬件解耦，可以在車(chē)輛的整個(gè)使用壽命內快速、持續地開(kāi)發(fā)新功能和更新軟件；

◆ 三是實(shí)現車(chē)輛軟件的商業(yè)化，使得車(chē)輛的生命周期和價(jià)值周期擴大。

具體到汽車(chē)制造商和消費者，軟件定義車(chē)輛帶來(lái)的好處更加多樣化，主要體現在：

改善客戶(hù)體驗

SDV可以為客戶(hù)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(lè )、連接、移動(dòng)性等，消費者甚至還可以根據自己的偏好和需求定制車(chē)輛。

增強產(chǎn)業(yè)鏈的合作創(chuàng )新

SDV可以更快、更容易地開(kāi)發(fā)和部署新特性和功能，還可以促進(jìn)汽車(chē)生態(tài)系統中不同利益相關(guān)者如OEM、供應商、軟件開(kāi)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的復雜性和成本，還可以通過(guò)使用軟件算法和數據分析來(lái)優(yōu)化車(chē)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(chē)出廠(chǎng)后，制造商依然能夠通過(guò)軟件更新提高車(chē)輛性能，不斷改善駕駛體驗。

僅此一點(diǎn)就代表了汽車(chē)行業(yè)有史以來(lái)重大的范式轉變，因為硬件定義的汽車(chē)在其整個(gè)生命周期中這些參數是保持不變的。有了遠程執行軟件更新的能力，制造商可以在不召回車(chē)輛的情況下解決任何缺陷或引入新功能。

增強安全性

SDV可以通過(guò)使用加密、身份驗證和其他軟件技術(shù)來(lái)提高車(chē)輛的安全性，還可以通過(guò)使用OTA更新和云服務(wù)來(lái)檢測和防止網(wǎng)絡(luò )攻擊。此外，通過(guò)遠程信息處理和診斷能夠深入了解車(chē)輛性能，實(shí)現更有效的預防性維護。

自動(dòng)駕駛是目前汽車(chē)行業(yè)炙手可熱的話(huà)題，究其根本，它面臨的主要是軟件方面的挑戰。雖然自動(dòng)駕駛硬件系統依賴(lài)于一套不同的傳感器，包括攝像頭、雷達、激光雷達和其他傳感器，但若實(shí)現自主駕駛還需要使用基于人工智能和機器學(xué)習（AI/ML）開(kāi)發(fā)的復雜道路行為模型，對加速、制動(dòng)和轉向等核心駕駛功能進(jìn)行完全控制。

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

軟件定義汽車(chē)中的關(guān)鍵技術(shù)

回顧汽車(chē)行業(yè)過(guò)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(chē)大約包含50根電線(xiàn)、40米的電纜，沒(méi)有半導體器件或軟件。今天，一輛高端汽車(chē)幾乎采用了3,000多根電線(xiàn)和2-3千米或3-5千米的電纜，超過(guò)1億行的代碼，這些代碼數量比許多現代飛機甚至整個(gè)社交媒體網(wǎng)站都要多。

預計未來(lái)的汽車(chē)需要的軟件量將是現在的4到5倍。這也是為什么很多專(zhuān)家稱(chēng)未來(lái)的汽車(chē)為“車(chē)輪上的數據中心”。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)（EV）的興起、電氣/電子（E/E）架構的變化以及代碼數量的激增，汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)大變革，汽車(chē)制造商們開(kāi)始重新思考或正在構建新的汽車(chē)電氣架構，目標就聚焦在SDV上。

那么，一輛軟件定義的車(chē)輛將包含那些關(guān)鍵部件呢？

集中式計算平臺

SDV依靠強大的集中式計算平臺來(lái)管理和協(xié)調各種車(chē)輛子系統。這些平臺能夠實(shí)時(shí)處理來(lái)自傳感器、執行器和其他車(chē)載系統的數據，以做出智能決策并優(yōu)化車(chē)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(chē)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)現了車(chē)輛子系統之間的無(wú)縫通信，并促進(jìn)了與外部設備和基礎設施的連接。

OTA功能

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

模塊化軟件架構

SDV利用模塊化軟件體系結構，如微服務(wù)和容器化，實(shí)現新應用程序和服務(wù)的快速開(kāi)發(fā)和部署。這種方法有利于汽車(chē)制造商集成第三方軟件，為車(chē)輛提供豐富的應用程序和生態(tài)系統。

軟件定義汽車(chē)開(kāi)發(fā)平臺

SDV是汽車(chē)行業(yè)的一種新范式，它的架構設計是靈活、可擴展和模塊化的，允許新技術(shù)的集成和車(chē)輛系統隨時(shí)間的發(fā)展不斷更新。

NXP的軟件定義車(chē)輛駕駛平臺將實(shí)時(shí)計算、網(wǎng)絡(luò )和連接以及電氣化解決方案結合在一起。該公司的S32汽車(chē)計算平臺是一個(gè)安全、可擴展的平臺，具有可重復使用的硬件和軟件，具有空中傳送（OTA）更新和內置安全功能。其中包含：用于車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )的S32G3和S32G2處理器、用于域和區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(chē)網(wǎng)絡(luò )參考設計S32G-VNP-RDB3，這是一款緊湊型、高度優(yōu)化的集成板，適用于汽車(chē)服務(wù)型網(wǎng)關(guān)（SoG）、域控制應用、高性能處理、功能安全和信息安全應用。

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

圖1：NXP S32G3汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )參考設計S32G-VNP-RDB3（圖源：NXP）

在軟件方面，NXP的S32G汽車(chē)集成參考平臺GoldVIP集成了該公司標準的和參考軟件，以及開(kāi)源的和第三方軟件，提供了一個(gè)評估、開(kāi)發(fā)和快速原型設計平臺，可加快S32G硬件評估、軟件開(kāi)發(fā)和快速原型設計工作。

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

圖2：S32G GoldVIP平臺集成了其標準和參考軟件以及開(kāi)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(chē)中央計算解決方案，它支持OEM和整個(gè)SDV生態(tài)系統的下一代SDV解決方案。

Snapdragon Ride和Snapdragon Cockpit平臺構成了車(chē)內高性能計算平臺，Flex SoC是新添加的平臺，具有異構計算性能，能夠在同一SoC上托管靈活的混合關(guān)鍵工作負載，是可擴展的集中式計算解決方案的理想選擇。

此外，高通還提供了SDV開(kāi)發(fā)所需的相應的云內基礎設施組件，如SoC虛擬平臺。

Snapdragon Ride和Snapdragon Cockpit平臺由Snapdragon Auto Connectivity平臺補充，該平臺為汽車(chē)提供了一流的5G連接，提供了對邊緣和云資源的低延遲高吞吐量訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現了獨特的V2V和V2X用途。

重要的是，Snapdragon車(chē)載云管理平臺可以提供OTA更新、SoftSKU等服務(wù)，加速了OEM實(shí)現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

對于軟件定義的車(chē)輛而言有兩大改變：一是車(chē)輛中軟件（包括電子硬件）的數量和價(jià)值超過(guò)機械硬件；二是汽車(chē)從高度機電化的終端逐步向智能化、可擴展、可不斷升級的移動(dòng)電子終端轉變。為了成為這樣的智能終端，車(chē)輛在標準操作程序（SOP）之前預先嵌入了先進(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(guò)OTA系統逐漸激活和增強。

OTA是一種通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )對汽車(chē)的零部件終端上固件、數據及應用進(jìn)行遠程管理的技術(shù)。

當前使用的OTA技術(shù)主要有兩種：

● 一種是固件在線(xiàn)升級FOTA（Firmware-Over-the-Air），這種技術(shù)通常無(wú)需改變車(chē)輛原有配件，通過(guò)寫(xiě)入新的固件程序，即可對擁有聯(lián)網(wǎng)功能的設備包括車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機、電機、變速箱、底盤(pán)等進(jìn)行升級。

●另一種是軟件在線(xiàn)升級SOTA（Software-Over-the-Air），是指在操作系統的基礎上對應用程序進(jìn)行升級，常用于UI界面、車(chē)載地圖、娛樂(lè )系統更新操作界面等應用程序。

在汽車(chē)行業(yè)，OTA大幅降低了車(chē)輛功能更新和安全維護的成本，對客戶(hù)和4S店來(lái)說(shuō)實(shí)施起來(lái)沒(méi)有太大的困難。OTA軟件更新功能越來(lái)越重要，向SDV的過(guò)渡使OTA軟件平臺更有價(jià)值，功能也在不斷增強，市場(chǎng)規模逐漸擴大。

根據Maximize Market Research的預測，2022年，汽車(chē)OTA市場(chǎng)規模約為330億美元，預計2023年至2029年，市場(chǎng)將以13.72%的速度實(shí)現增長(cháng)，至2029年達到近813億美元。

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

在OTA市場(chǎng)，初創(chuàng )公司的發(fā)展勢頭也很猛。以Sibros為例，這家成立于2018年的公司，風(fēng)險投資額超過(guò)8,500萬(wàn)美元，谷歌和高通等主要汽車(chē)相關(guān)公司都是它的投資方。Sibros為其OTA平臺建立了一個(gè)橫跨硬件、硅和云軟件領(lǐng)域的合作伙伴生態(tài)系統。

目前，Sibros擁有來(lái)自10多家合作伙伴供應商的預集成硬件工具包，這些產(chǎn)品已準備好在客戶(hù)原型評估和驗證工作中即插即用。

SDV趨勢下的價(jià)值鏈重組和挑戰

過(guò)去，客戶(hù)對汽車(chē)的體驗和感受主要由硬件來(lái)定義。未來(lái)，軟件將從中扮演更重要的角色。這種軟件大規模塑造客戶(hù)體驗的趨勢，不僅影響汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)和運營(yíng)，而且很可能顛覆現有的商業(yè)模式和合作類(lèi)型。

以智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)為例，伴隨著(zhù)以軟件為導向的產(chǎn)業(yè)轉型，產(chǎn)業(yè)鏈從上到下可分為純軟件層、基礎軟件層、工具軟件和電子硬件堆棧。從價(jià)值鏈角度來(lái)看，價(jià)值鏈兩端的應用和算法軟件以及軟件密集型電子硬件具有相對較高的工業(yè)附加值，并將成為主機廠(chǎng)、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(zhù)硬件可以忽略不計。相反，硬件是軟件執行其功能的重要載體。特別是軟件密集型電子硬件和半導體硬件將在產(chǎn)業(yè)鏈上帶來(lái)更大的附加值和更多的利潤。去年，全球汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始了以軟件為導向的轉型。

與過(guò)去的轉型不同，成本和風(fēng)險分擔的“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，轉型空前深化，甚至延伸到原始設備制造商的產(chǎn)品研發(fā)流程、組織結構和供應鏈網(wǎng)絡(luò )。

SDV是汽車(chē)行業(yè)的一種新興趨勢，Precedence Research預計，軟件定義汽車(chē)市場(chǎng)目前的業(yè)務(wù)價(jià)值約為356億美元，預計到2032年將以19.47%的速度增長(cháng)，達到2,108.8億美元左右。

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

一、軟件的復雜性

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

二、軟件架構的更新

SDV需要一個(gè)強大且可擴展的軟件架構，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)持續而敏捷的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，以適應不斷變化的市場(chǎng)需求。另外，還要有一個(gè)可靠和安全的OTA更新機制，以便在不損害車(chē)輛安全或功能的情況下提供軟件更新。

四、軟件的監管

在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，SDV要有一個(gè)一致性的監管框架，定義SDV生態(tài)系統中每個(gè)參與者的角色和責任。

五、硬件和軟件的解耦

過(guò)去，車(chē)輛的軟件和硬件是緊密結合在一起的，功能是與底層硬件一起開(kāi)發(fā)和實(shí)現的，組件之間的依賴(lài)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(chē)目前面臨的非常大的障礙。

從以硬件為主向軟件定義汽車(chē)的轉型將是未來(lái)5-10年推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在向軟件定義汽車(chē)轉型的過(guò)程中，傳統汽車(chē)制造商將面臨多重困難和挑戰。而芯片供應商、軟件供應商和互聯(lián)網(wǎng)公司等新的汽車(chē)行業(yè)參與者將迎來(lái)新的發(fā)展機遇，高通、英偉達和Blackberry QNX等技術(shù)供應商的深度參與就印證了這一說(shuō)法。

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

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

早在2020年，梅賽德斯-奔馳公司就宣布將用MB.OS操作系統取代原有的MBUX，這是對其MBUX用戶(hù)界面的一次重大改革。新的MB.OS將是數據驅動(dòng)的，并可靈活更新。2024年，MB.OS將在新款緊湊型汽車(chē)MMA平臺上的車(chē)型開(kāi)始實(shí)施。

結語(yǔ)

SDV并不是一個(gè)全新的概念。事實(shí)上，如今的汽車(chē)已經(jīng)擁有數百萬(wàn)行代碼和數十個(gè)電子控制單元（ECU），這些單元控制著(zhù)汽車(chē)的各個(gè)方面，如發(fā)動(dòng)機、變速器、制動(dòng)器、信息娛樂(lè )、導航等。只不過(guò)，SDV通過(guò)將軟件作為汽車(chē)設計和開(kāi)發(fā)的核心元素，將其設計理念和開(kāi)發(fā)平臺提升到了一個(gè)新的水平。

軟件至上的設計有助于汽車(chē)OEM生產(chǎn)出經(jīng)得起未來(lái)考驗且易于控制的汽車(chē)。軟件定義的車(chē)輛通過(guò)解耦硬件和軟件功能，重新定義了車(chē)輛的架構。利用先進(jìn)的計算平臺、虛擬化技術(shù)和OTA更新，SDV讓靈活和可升級的車(chē)輛系統成為可能。

產(chǎn)業(yè)鏈上的所有企業(yè)都應該進(jìn)行徹底的評估并做出前瞻性規劃，以便在新的產(chǎn)業(yè)轉型中找到合適的路徑來(lái)保持主動(dòng)權。在向數字化轉型過(guò)程中，汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)重大變革，軟件定義汽車(chē)將成為重塑汽車(chē)產(chǎn)業(yè)格局新的里程碑。

來(lái)源：貿澤電子