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软件定义汽车将带来哪些机会?

2021-10-27 汽车电子与软件 阅读:
继上一篇“软件定义汽车—箭在弦上的变革”,本文继续探讨软件定义汽车赛道在涌现的机会与应对之策。01新赛道将涌现哪些机会1.1软件定义汽车趋势下产业价值链盘点以智能网联汽车为例,在软件驱动下,其产业链价

本文继续探讨软件定义汽车赛道在涌现的机会与应对之策。g4Hednc

01

新赛道将涌现哪些机会

 
1.1 软件定义汽车趋势下产业价值链盘点
以智能网联汽车为例,在软件驱动下,其产业链价值发生了哪些变化。自上而下,可以分为纯软件层、基础软件层、工具软件、以及电子硬件堆栈。从价值链角度看,两端的应用及算法软件、软件密集型的电子硬件目前占据着较高的产业附加值,也是主机厂、零部件企业、科技公司争相布局的焦点。中间的基础软件是汽车走向软件驱动转型的重要前提,而且随着主机厂争取更多话语权、强化自身软件能力趋势的兴起,基础软件在产业链中的地位也将进一步得到提升。
纯软件层包括应用软件和算法软件。其中应用软件包括信息娱乐系统(后来融合了仪表盘、抬头显示屏及其他显示设备为智能座舱)的人机交互、界面设计,ADAS软 件(例如自适应巡航、碰撞预警等)、车身控制软件等等。一些应用软件背后主要靠各种算法来提供支撑,例如ADAS软件背后的视觉和图像处理算法,自动驾驶软件背后的基于人工智能或深度学习的环境感知、决策规划、控制执行等核心算法。
基础软件层主要包括操作系统和框架软件。其中操作系统又分为硬实时和软实时系统,主要承担着调度和分配车载硬件资源的任务,该领域目前仅有少数几家操作系统厂商,行业集中度相对较高。框架软件是一个中间件概念,目的在于将操作系统、传感器、执行器、计算平台等硬件资源全部抽象化,为上层的应用和算法软件开发提供统一的基础软件接口,避免因操作系统或硬件差异而导致的重复开发工作。在所有中间件方案中,最常见的是AUTOSAR16,它是由全球主要汽车生产厂商、零部件供应商、软硬件和电子工业等企业共同制定的汽车开放式系统架构标准。
工具套件具体包括测试、设计和研发等。例如ECU软件的测试和验证,自动驾驶系统的仿真测试等。电子硬件堆栈则包括通讯模块、数据存储模块、GPS惯导、传感器、芯片、控制器等。
 
1.2 软件平台的地位凸显
通过梳理上述产业链,我们认为三类软件及其工具链供应商将在汽车产业向软件转型的过程中扮演关键角色。
  • 操作系统软件g4Hednc

在软件定义汽车的趋势下,操作系统的重要性愈发凸显,并且成为汽车厂商在智能网联领域战略布局的核心,也成为新进入科技企业的布局重点。
操作系统根据内核类型的不同,可分为Unix家族、Windows家族、Linux家族(包 括Android)、RTOS家族(包括QNXVxworks)等等。不同操作系统因各自的优势被应用在不同的车载环境中。例如同属智能座舱域,车载信息娱乐系统(IVI)更注重消费者体验、应用生态的丰富性,往往采用Android系统。而仪表盘因其高安全性要求则以QNX为主。自动驾驶系统由于其更高的实时性、功能安全要求,主要采用RTOS,目前主流的有三种RT-Linux、QNX、VxWorks。
在分布式ECU时期,主机厂还只专注于车载信息系统,在上述底层操作系统基础上定制开发专属的IVI操作系统。例如基于Linux系统的两个开源项目AGL和Genivi就被主机厂广泛采用,这两个平台允许主机厂直接沿用在消费电子/通信行业就被开发的软件代码(70%),仅需开发剩余30%的针对车载场景和差异化体验的软件。该模式很大程度降低了主机厂的软件开发门槛和难度。一些自主研发能力强的车企则走的更远,联合科技企业基于开源操作系统定制自有的操作系统,例如AliOS。在此期间,科技公司主要针对某些特定的需求,创建一些特定的框架/中间件供开发者使用,例如DuerOS。
但随着软件定义汽车的深入,操作系统的复杂性和重要性进一步提升。汽车电子电气架构在不同阶段对操作系统就呈现出不同的需求。例如,在向“域集中”阶段,操作系统的需求主要集中在两个层面:重开放、兼容和生态,以及重安全、实时和稳定。而到了跨域融合以及中央计算平台阶段,对实时性、安全等级、性能等存在不同要求的域控制器将被整合在一起,或合并到中央计算单元,则需要一个既能满足实时计算要求、又能兼顾性能的单一操作系统。
由于操作系统在产业链中地位的“下沉”,主机厂开始使用开源方式独立开发操作系统,不再依赖供应商,无需开放核心数据,自己掌握软件堆栈,通过OTA的方式修复问题或推送新的功能包。2019年大众宣布巨资投入 VW.OS 操作系统的研发,打造一个能够兼容多个底层操作系统的统一OS平台,实现不同域控制器、不同屏幕之间的智能交互。而在此之前,特斯拉基于Linux开发出自有的实时操作系统(RTOS),可支持IVI系统和ADAS系统。
  • 处于应用和操作系统之间的中间件软件g4Hednc

所谓的分布式中间件,其核心是提供一个分布式的计算和通信框架,对下屏蔽各类操作系统内核的差异,为上层的应用开发者提供标准接口和协议。
Adaptive Autosar和ROS就是典型的操作系统中间件。目前,Autosar开发工具链及基础软件基本被几家国外零部件企业所垄断,包括Elektrobit(被大陆集团收购)、Vector和博世。近期国内企业也开始自己研发工具链,例如华为最新发布的智能驾驶域控制器MDC就支持和兼容Autosar标准体系架构,还提供了一套功能完整的开发工具链。
在智能汽车时代,中间件的重要性将进一步凸显。预计在很长一段时间内,智能汽车的软件系统都将处于多种操作系统并存的局面,随着电子电气架构的快速演变、系统复杂性持续提升,连接硬件底层和应用层的中间件业务存在巨大发展空间。
  • 虚拟机管理程序g4Hednc

虚拟化技术的应用很大程度源于电子电气架构在域集中阶段对软硬件隔离的需求,例如智能座舱域的一芯多屏多系统趋势。智能座舱域的一个主要发展趋势是中控屏逐步和仪表盘、抬头显示屏以及其他屏显设备融合,控制各类硬件的微控制器都将被整合到单颗芯片内。多屏融合背后的核心需求仍然是降低成本,毕竟单个SOC(单晶片系统,System on a Chip)上运行多个不同安全级别的操作系统最便宜。但每块屏幕又对应着不同的操作系统,这就意味着智能座舱域需要同步支持QNX、Android、Linux 等多操作系统,因此在物理硬件之上要有一个虚拟化平台以支持各操作系统的运行。因此汽车电子行业引入航电设备中的虚拟机管理概念,基于Autosar标准之上提出了AUTOSAR Hypervior虚拟机,类似于一个运行在操作系统内核和物理硬件层之间的软件层,为操作系统提供虚拟硬件平台,使其具有硬件无关性,可以在多平台上移植。目前达到车规级、且实现量产的装载虚拟机管理程序的产品包括黑莓公司的QNX Hypervisor,Wind River VxWorks,Green Hills INTEGRITY Muitivisor,Mentor Graphics Embedded Hypervisor以及去年被松下汽车电子收购的OpenSynergy。
 
1.3 从Tier-2到Tier-0.5
未来汽车将是高度机电一体化的智能设备,由软件来驱动绝非代表着硬件不重要,相反硬件仍然是软件功能实现的重要载体。尤其是软件密集型的电子硬件、半导体硬件将在产业链中攫取更大的附加值和利润占比。
从近几年的发展趋势来看,原本处于Tier- 2位置的算法企业、芯片企业,通过强化软硬件协同开发能力,实现硬件资源、系统软件、功能软件的全面整合,并兼容产业链上下游的多元需求,逐步从一个二级子供应商跃升成为主机厂的一级、甚至0.5级供应商,在智能网联发展时期站上核心地位。
仍以AI芯片产业为例,过去两年包括英伟达、Mobileye、地平线等国内外芯片企业都对其产品定位、核心能力、销售战略做了重要调整。长期以来,衡量一家芯片企业的核心竞争力包括有效算力(算力利用率)、算力能耗比(TOPS/W)、成本和量产能力,而从去年的举动来看,芯片厂商越来越向上游客户强调其软硬件一体化、生态环境、开放的工具链等全栈道能力。如芯片巨头英伟达的产品战略就发生了微妙变化重点宣传其开放自由拓展和可自定义的产品特性去年英伟达发布了软件定义自主机器平台DRIVE AGX Orin这是一套开源的预训练AI模型和训练代自动驾驶汽车开发者只要愿意加入这套生态系统就能通过一套NVIDIA AI具自由扩展和自定义模型以此提高其自动驾驶系统的稳健性与能力
国内芯片厂商也做出了相似调整地平线最新发布的车载AI芯片征程3除了突出其高性能低功耗拓展性强安全可靠的特点以及对自动驾驶各应用场景算法的深入理解和解决方案之外还进一步强调其灵活和开放的产品亮点向客户开放地平线算法样例AI芯片工具链及进行应用开发所需的全套工具帮助厂商快速实现产品级应用落地
在销售战略方面芯片企业除了继续同一级供应商保持高度绑定之外一些企业直接同主机厂达成供货协议例如在吉利和Mobileye最新的合作方案中Mobileye一改以往只向tier-1供应半成品组件的模首次负责完整的解决方案堆栈包括硬件和软件驱动策略和控制并计划在系统部署后提供持续的软件更新服务通过绕过tier-1核心硬件厂商不仅有望攫取更高的利润还将获得更高的行业话语权
AI芯片企业在智能汽车产业链中角色的变化

02

产业链上不同企业该如何应对

2.1 主机厂理性评估,按能力布局转型
自去年起,全球汽车产业就开始了向软件转型过程。同过往几次变革不同的是,汽车产业一贯所依赖的共享成本共摊风险的“联盟模式”被进一步打破,逐步向垂直整合发展。另外,转型深度也呈现出前所未有的程度,已经下探至主机厂的产品开发流程、组织结构和供应链网络。
大众汽车是传统整车企业的代表,其斥巨资组建软件研发团队(并从集团中独立出来)、自研操作系统等底层软件基础设施,无论是转型广度还是力度都走在主机厂阵列中的最前面。特斯拉则是新造车企业的典型,从应用软件、操作系统到AI芯 片,车载中央计算平台,均选择了高度自研和垂直整合的模式。

我们认为,主机厂需要根据自身业务体量、研发实力、现金流状况、历史包袱等都多方面因素选择适合自己的转型路径。在这点上,量产品牌和豪华品牌、燃油车和电动车企将做出截然不同的转型选择。德勤根据已公布的企业变革举措,并结合未来趋势的判断,总结出主机厂向软件转型的四种路径。这四种路径基于主机厂对于软件能力的主控能力和软件能力的宽度,分布在四个象限中。首先,右上象限代表了最激进且最彻底的转型路径。这一路径的主要特点是建立全栈道的技术能力,从软件架构、软件开发到软件工程等;并积极推进垂直一体化。其次,右下象限代表了相对激进但不彻底的路径,即在一到两个核心技术上重点突破,专注于“边际收益明显高于边际成本”的领域,花精力图六:主机厂向软件转型的四种路径图资料来源:德勤研究去提升消费者使用频率最高、最能带去实际用户体验改善的地方。左上象限代表了一种温和的转型路径,即主机厂一方面组建自己的软件团队,另一方面积极同科技企业、互联网公司建立合作联盟,在自身拥有成熟的软件开发能力之前,基础软件、软硬件架构方案仍依赖tier-1或新兴软件企业。最后,左下象限则是保守路径的代表,即主机厂继续采用典型的外包模式,将软件开发任务交给tier-1。g4Hednc

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主机厂向软件转型的四种路径图g4Hednc

2.2 零部件企业“两头受挤”,最好开启自我变革g4Hednc

自新四化趋势兴起以来,国际零部件巨头便开始为向软件领域发力,并主要集中在三个方向:g4Hednc

第一、建立更全面、弹性的软硬件集成能力,在核心软件上逐步从外包转向自研;g4Hednc

第二、调整人员组织架构以更好的适应软件开发节奏和周期;g4Hednc

第三、业务转型,探索新的商业模式。g4Hednc

零部件厂商的强项在于集成能力和量产经验。但在“软件定义汽车”的驱动下,零部件厂商的核心能力变为“开放”、“兼容” 和“生态”。以智能座舱为例,Tier-1拥有成熟的域控制器嵌入式软件开发和硬件集成方案,但无论是行业发展趋势还是来自主机厂新的需求,都要求tier-1企业开放其域控制器的开发,允许厂商自定义应用和功能,支持异构多核的操作系统、基础软件可复用和可移植,搭载性能更强的计算硬件等等。上述种种都意味着tier-1需要建立更全面、兼容的软硬件集成能力,并开放其供应链生态网络,同核心子系统企业进行深度绑定以缩短适配周期。g4Hednc

其次,同主机厂一样,零部件企业也面临组织架构的调整压力。去年7月,全球零部件巨头博世宣布将汽车软件部门和电子部门进行合并,建立了智能驾驶与控制事业部,新事业部主要由来自汽车多媒体事业部,动力总成解决方案事业部、底盘控制系统事业部和汽车电子事业部中负责密集型软件开发和跨域电子系统开发的技术人员组成。其竞争对手大陆集团在2019年便启动了全球组织架构的调整,并于2020年初开始执行。新的架构下,“汽车技术”与动力总成和橡胶技术被单独划分出来,其中“汽车技术”子集团下又分两大事业群:分别为自动驾驶及安全事业群和车联网及信息事业群;另设中央汽车研发部门,涉足研发及工程开发,同时探索面向未来5-10年的前瞻技术开发与当前的基础性研发,为两个事业群提供支持,并充分发挥双方的通力协作。g4Hednc

最后,软件将全方位影响零部件厂商的收入模式。过去基于物料成本核算的一次性硬件销售模式将不再适用,软件开发的边际成本趋于零,而且软件收费形式多元、可贯穿于产品生命周期始末。首先,在量产前,汽车软件的主要收入来自于一次性工程项目开发费用和软件许可权费用:前者是根据tier-1或主机厂需求,进行专项软件设计与定制化开发并最终向客户交付开发成果而收取的费用,在开发过程中收取;后者则是向使用了软件公司自主拥有的软件产品(系统或开发工具)收取许可费。在量产后,软件收费形式转为“版权费”(Royalty fees)、“技术服务费”和基于FOTA的软件升级费等。其中版权费是根据客户使用的功能模块IP数量,再结合出货量收取单车版权费用。对于汽车软件企业来说,未来还可以像如水电等基础设施服务一样可持续性收费,例如SaaS模式。g4Hednc

对传统零部件企业而言,软件数量/价值占比的提升对其盈利模式带去的一大痛点在于无法精准的计算出单车软件成本,因此不能像销售硬件一样基于上游原材料成本的核算将其毛利率控制在一个稳定水平;此外作为系统集成方,零部件厂商很难获取产业链转型中最大的附加值部分。Tier-1对上承接主机厂的定制需求,对下则向第三方软件企业购买专有的开发工具或系统,并支付定向开发工程费用(参 考Mobileye早期的商业模式)。而软件天然拥有较强的定制属性,这也使得费用无法标准化,并让一级供应商逐步失去定价的主导权。目前,Tier-1企业仍在探索适合软件定义汽车时期弹性、灵活的收费模式,例如全球零部件巨头博世表示,未来既可以单独卖软件或单独卖硬件,也可以是软硬件一起出售。g4Hednc

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2.3 汽车软件公司机遇和挑战并存,灵活定位释放价值g4Hednc

如前文提到,伴随着EE的架构重塑等其他趋势,软件企业在未来软件价值链中地位逐步提升:包括应用软件、基础软件、安全测试验证软件等。但也必须认识到,汽车软件开发不可避免会遭遇一些客观上的挑战:首先、车载软件拥有较高的进入门槛:随着汽车电子化、智能网联化的不断发展,以及全球市场对汽车安全性能要求日趋严格,汽车电子电气相关功能安全的国际标准ISO 26262被制定出来。满足该标准中的高安全等级“ASIL-D”适用于ADAS/自动驾驶系统)对软件企业的安全技术、开发工艺都提出了相对严苛的准入要求;而且整车企业对于供应商的筛选严格,不仅要求功能安全、系统稳定、可靠,并要求企业在汽车产品全生命周期都能提供技术支持,帮助主机厂处理危机。其 次、汽车软件缺乏一个清晰的定价模式,如果参照消费电子产业,软件按照价值收费(即消费者支付该产品或服务的意愿高低来定价),这就和目前主机厂的战略相悖。目前主机厂将ADAS/自动驾驶技术视为核心资产和能力,愿意付出较高溢价;但像IVI和地图等应用更多被视为商品化的软件产品,使得这类软件开发企业的议价能力不高。再次,软件开发需要前期的巨额资金投入,后续能否随着规模效应实现更高经济效益还未可知。最后行业缺乏统一的软件架构标准也是未来汽车软件供应商需要面临的一大难点。g4Hednc

但无论如何,软件企业所面临的机遇大于挑战,新进入的汽车软件企业/互联网公司可以基于自身能力定位、上游需求匹配等因素,采取以下三种释放价值的机会:g4Hednc

强调全栈式软件能力为应对软硬件分离趋势下研发势力较强的主机厂寻求半自主研发的需求新晋软件企业可强调的一点优势在于全栈式的软件布局能力和兼容开放的工具链从而满足主机厂既想自主开发又希望成本和风险可控的初衷g4Hednc

突出快速市场化的能力对于已开始尝试单独招标软件供应商的主机厂软件企业则需要突出其高效率的产品化或商品化的解决方案能力g4Hednc

绑定核心硬件企业融入汽车供应网络管一些大型软件和算法企业自去年起全面向软硬件一体化转型收购底层硬件企业或自研硬件期望成为自动驾驶/智能网联阶段新的Tier-1但对于中小型汽车软件开发企业而言最具竞争力且最高效的市场进入战略是同上游核心电子硬件厂商深度绑定早期的Mobileye便是通过捆绑Tier-1企业才得以间接进入主机厂的供应网络智能座舱软件则依靠和处理器厂商建立紧密的合作关系切入供应链g4Hednc

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03

结语

对于汽车产业链条上的企业来说,“软件定义汽车”不再仅仅是某些先锋实践者标新立异的实验路径,技术、市场、消费者等多重因素都在真切地推动着汽车产业逐步诉诸于向软件技术方向过渡,谋求变革与发展。汽车作为以硬件为载体的复杂工程实物产品,已经开始打上了更多软件的烙印。
软件定义汽车,这一转型浪潮,将渗透到汽车产业的方方面面,可以说几乎牵一发而动全身,无论是主机厂的车辆软、硬件架构设计、产品开发流程、开发组织框架、人才建设,还是整个行业的供应链体系、商业模式等等,几乎无一不涉及,甚至某些领域或将面临重构的可能。透过这一转型趋势,我们既看到了传统汽车产业向软件定义汽车转型的难度和挑战,也看到了新的赛道为众多新的汽车产业玩家,如芯片供应商、软件供应商和互联网企业创造出的种种机遇。无论接受与否,几乎可以肯定的是,软件定义汽车的转型将会是未来5-10年推动汽车产业发展的必然趋势,汽车产业链上的各相关企业需要充分权衡、尽早布局,制定适合企业实际情况的转型路径,在新的转型浪潮中掌握主动权。
END
 
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