软件定义汽车驾到，产业拐点即将来临！

 

图源：rawpixel/freepik.com

 

 

汽车行业正在经历大规模的数字化转型，这一转变的特点是从传统的车辆架构过渡到软件定义汽车（SDV），这是一种重新构建汽车结构和功能的模型。软件定义的车辆是由软件和硬件组件协同工作，以提供卓越的功能、连接和增强的用户体验。

   

 

随着汽车普及率越来越高，相信很多人都曾有一个愿望或梦想，那就是能否开上一辆能适应自己偏好和需求的汽车。如今，SDV给出了答案：在不久的将来，借助SDV技术，你可以像定制智能手机一样定制你的汽车，并且通过下载软件就能更新汽车的功能和特性。这样的汽车你会喜欢吗？  

软件定义汽车的好处

随着硬件的日益标准化以及技术差距的缩小，汽车行业正在经历与智能手机或电脑类似的发展过程，即产业从硬件升级到软件开发的转变。

这个变化意味着车辆的服务领域，如ADAS、导航、连接、HMI或电气化，将通过中央计算机运行，由汽车操作系统和通过数字驾驶舱启用的人工智能服务进行管理和控制，车辆将更加智能。为此，汽车制造商们纷纷加紧开发自己的操作系统，或在操作系统开发上与合作伙伴密切合作。

特斯拉自进入汽车行业以来，一直坚持开发并使用自有车辆操作系统，上市的汽车也是软件定义的架构。

近日，半导体企业高通公司宣布加入两个聚焦软件定义汽车的联盟：Eclipse基金会的软件定义汽车工作组以及面向嵌入式边缘的可扩展开放架构（SOAFEE）特别兴趣小组。

作为公司“开发者优先”战略的一部分，高通将大力推动基于开放标准的SDV技术的开发与普及，为全球汽车原始设备制造商（OEM）和一级供应商（Tier-1）构建SDV平台奠定基础。多家市场分析机构预测，2025年将是软件定义汽车（SDV）在全球普及的转折点。

在汽车行业，软件定义车辆有三个显著的影响：

• 一是网络功能与专有硬件设备脱钩，实现车辆在物理和数字上的并行开发，由软件决定车辆的差异化；

• 二是将软件与硬件解耦，可以在车辆的整个使用寿命内快速、持续地开发新功能和更新软件；

• 三是实现车辆软件的商业化，使得车辆的生命周期和价值周期扩大。

具体到汽车制造商和消费者，软件定义车辆带来的好处更加多样化，主要体现在：

改善客户体验

 

SDV可以为客户提供更个性化、更方便、更吸引人的功能和服务，如驾驶员辅助、信息娱乐、连接、移动性等，消费者甚至还可以根据自己的偏好和需求定制车辆。

增强产业链的合作创新

 

SDV可以更快、更容易地开发和部署新特性和功能，还可以促进汽车生态系统中不同利益相关者如OEM、供应商、软件开发商、服务提供商等之间的合作与整合。

高效率添加新功能的能力

 

SDV可以有效降低硬件组件和系统的复杂性和成本，还可以通过使用软件算法和数据分析来优化车辆的性能和能耗。借助空中传送（OTA，Over-the-Air）技术，即便是汽车出厂后，制造商依然能够通过软件更新提高车辆性能，不断改善驾驶体验。

仅此一点就代表了汽车行业有史以来重大的范式转变，因为硬件定义的汽车在其整个生命周期中这些参数是保持不变的。有了远程执行软件更新的能力，制造商可以在不召回车辆的情况下解决任何缺陷或引入新功能。

增强安全性

 

SDV可以通过使用加密、身份验证和其他软件技术来提高车辆的安全性，还可以通过使用OTA更新和云服务来检测和防止网络攻击。此外，通过远程信息处理和诊断能够深入了解车辆性能，实现更有效的预防性维护。

 

自动驾驶是目前汽车行业炙手可热的话题，究其根本，它面临的主要是软件方面的挑战。虽然自动驾驶硬件系统依赖于一套不同的传感器，包括摄像头、雷达、激光雷达和其他传感器，但若实现自主驾驶还需要使用基于人工智能和机器学习（AI/ML）开发的复杂道路行为模型，对加速、制动和转向等核心驾驶功能进行完全控制。

随着新功能和安全改进的出现，自动驾驶也需要定期更新软件，而SDV可以实现这一点。

 

软件定义汽车中的关键技术

回顾汽车行业过去七十多年的发展轨迹，我们看到了这样的变化：1948年的一辆汽车大约包含50根电线、40米的电缆，没有半导体器件或软件。今天，一辆高端汽车几乎采用了3,000多根电线和2-3千米或3-5千米的电缆，超过1亿行的代码，这些代码数量比许多现代飞机甚至整个社交媒体网站都要多。

预计未来的汽车需要的软件量将是现在的4到5倍。这也是为什么很多专家称未来的汽车为“车轮上的数据中心”。随着电动汽车（EV）的兴起、电气/电子（E/E）架构的变化以及代码数量的激增，汽车行业正在经历一场大变革，汽车制造商们开始重新思考或正在构建新的汽车电气架构，目标就聚焦在SDV上。

那么，一辆软件定义的车辆将包含那些关键部件呢？

集中式计算平台

 

SDV依靠强大的集中式计算平台来管理和协调各种车辆子系统。这些平台能够实时处理来自传感器、执行器和其他车载系统的数据，以做出智能决策并优化车辆性能。

高速网络

 

为了支持SDV的高带宽和低延迟要求，车辆采用了以太网、5G和V2X通信等先进网络技术。这些技术实现了车辆子系统之间的无缝通信，并促进了与外部设备和基础设施的连接。

OTA功能

 

SDV的关键功能之一是能够通过空中传送接收软件更新，从而在不需要物理干预的情况下持续改进和部署新功能。这将有助于车辆保持技术和功能的更新，并确保在整个生命周期内保持车辆的安全可靠。

模块化软件架构

 

SDV利用模块化软件体系结构，如微服务和容器化，实现新应用程序和服务的快速开发和部署。这种方法有利于汽车制造商集成第三方软件，为车辆提供丰富的应用程序和生态系统。

 

 

软件定义汽车开发平台

SDV是汽车行业的一种新范式，它的架构设计是灵活、可扩展和模块化的，允许新技术的集成和车辆系统随时间的发展不断更新。

NXP的软件定义车辆驾驶平台将实时计算、网络和连接以及电气化解决方案结合在一起。该公司的S32汽车计算平台是一个安全、可扩展的平台，具有可重复使用的硬件和软件，具有空中传送（OTA）更新和内置安全功能。其中包含：用于车辆网络的S32G3和S32G2处理器、用于域和区域控制的安全可靠的高性能S32Z2实时处理器。

 

为了加快OEM的产品研发进程，在硬件方面，NXP推出了S32G3汽车网络参考设计S32G-VNP-RDB3，这是一款紧凑型、高度优化的集成板，适用于汽车服务型网关（SoG）、域控制应用、高性能处理、功能安全和信息安全应用。

S32G-VNP-RDB3基于八核Arm Cortex-A53内核（具有可选的锁步内核对）和四核、双核Arm Cortex-M7锁步内核，提供高性能计算能力和丰富的输入/输出（I/O），具有较高的计算、实时网络性能、多千兆数据包加速功能和安全性。

 

图1：NXP S32G3汽车网络参考设计S32G-VNP-RDB3（图源：NXP）

在软件方面，NXP的S32G汽车集成参考平台GoldVIP集成了该公司标准的和参考软件，以及开源的和第三方软件，提供了一个评估、开发和快速原型设计平台，可加快S32G硬件评估、软件开发和快速原型设计工作。

此外，GoldVIP还包括图形用户界面、用于评估实时用例、实时资源监控和安全的云连接，以及支持OTA更新、AUTOSAR环境、云服务以及入侵侦测与防御（IDPS）安全功能等合作伙伴集成。

 

图2：S32G GoldVIP平台集成了其标准和参考软件以及开源和第三方软件（图源：NXP）

高通公司（Qualcomm）近期推出的Snapdragon Ride Flex SoC，是一款汽车中央计算解决方案，它支持OEM和整个SDV生态系统的下一代SDV解决方案。

 

Snapdragon Ride和Snapdragon Cockpit平台构成了车内高性能计算平台，Flex SoC是新添加的平台，具有异构计算性能，能够在同一SoC上托管灵活的混合关键工作负载，是可扩展的集中式计算解决方案的理想选择。

此外，高通还提供了SDV开发所需的相应的云内基础设施组件，如SoC虚拟平台。

Snapdragon Ride和Snapdragon Cockpit平台由Snapdragon Auto Connectivity平台补充，该平台为汽车提供了一流的5G连接，提供了对边缘和云资源的低延迟高吞吐量访问，实现了独特的V2V和V2X用途。

重要的是，Snapdragon车载云管理平台可以提供OTA更新、SoftSKU等服务，加速了OEM实现SDV解决方案的进程。

 

 

图3：Snapdragon Ride Flex SoC功能框图（图源：Qualcomm）

 

 

贯穿SDV整个生命周期的OTA

对于软件定义的车辆而言有两大改变：一是车辆中软件（包括电子硬件）的数量和价值超过机械硬件；二是汽车从高度机电化的终端逐步向智能化、可扩展、可不断升级的移动电子终端转变。为了成为这样的智能终端，车辆在标准操作程序（SOP）之前预先嵌入了先进的硬件，这些硬件的功能和价值将在整个生命周期中通过OTA系统逐渐激活和增强。

OTA是一种通过移动通信网络对汽车的零部件终端上固件、数据及应用进行远程管理的技术。

当前使用的OTA技术主要有两种：

1	一种是固件在线升级FOTA（Firmware-Over-the-Air），这种技术通常无需改变车辆原有配件，通过写入新的固件程序，即可对拥有联网功能的设备包括车辆的发动机、电机、变速箱、底盘等进行升级。
2	另一种是软件在线升级SOTA（Software-Over-the-Air），是指在操作系统的基础上对应用程序进行升级，常用于UI界面、车载地图、娱乐系统更新操作界面等应用程序。

在汽车行业，OTA大幅降低了车辆功能更新和安全维护的成本，对客户和4S店来说实施起来没有太大的困难。OTA软件更新功能越来越重要，向SDV的过渡使OTA软件平台更有价值，功能也在不断增强，市场规模逐渐扩大。

根据Maximize Market Research的预测，2022年，汽车OTA市场规模约为330亿美元，预计2023年至2029年，市场将以13.72%的速度实现增长，至2029年达到近813亿美元。

从本质上讲，OTA是SDV从设计、开发到制造的核心技术。汽车OEM纷纷尝试在已有或未来的车型中增加OTA功能。HARMAN公司的OTA是业界非常优秀的整车管理软件方案，它使汽车制造商和Tier-1能够安全地管理所有车载软件组件，包括主机、TCU（远程通信控制单元）和ECU（电子控制单元）上的固件、应用程序、配置、设置和地图，从而适应不断发展的市场。

在OTA市场，初创公司的发展势头也很猛。以Sibros为例，这家成立于2018年的公司，风险投资额超过8,500万美元，谷歌和高通等主要汽车相关公司都是它的投资方。Sibros为其OTA平台建立了一个横跨硬件、硅和云软件领域的合作伙伴生态系统。

目前，Sibros拥有来自10多家合作伙伴供应商的预集成硬件工具包，这些产品已准备好在客户原型评估和验证工作中即插即用。

 

 

SDV趋势下的价值链重组和挑战

过去，客户对汽车的体验和感受主要由硬件来定义。未来，软件将从中扮演更重要的角色。这种软件大规模塑造客户体验的趋势，不仅影响汽车产业的开发和运营，而且很可能颠覆现有的商业模式和合作类型。

以智能网联汽车为例，伴随着以软件为导向的产业转型，产业链从上到下可分为纯软件层、基础软件层、工具软件和电子硬件堆栈。从价值链角度来看，价值链两端的应用和算法软件以及软件密集型电子硬件具有相对较高的工业附加值，并将成为主机厂、零部件企业和科技公司关注的焦点。

面向软件并不意味着硬件可以忽略不计。相反，硬件是软件执行其功能的重要载体。特别是软件密集型电子硬件和半导体硬件将在产业链上带来更大的附加值和更多的利润。去年，全球汽车行业开始了以软件为导向的转型。

与过去的转型不同，成本和风险分担的“联盟模式”被进一步打破，逐渐被垂直整合模式所取代。此外，转型空前深化，甚至延伸到原始设备制造商的产品研发流程、组织结构和供应链网络。

SDV是汽车行业的一种新兴趋势，Precedence Research预计，软件定义汽车市场目前的业务价值约为356亿美元，预计到2032年将以19.47%的速度增长，达到2,108.8亿美元左右。

SDV的发展并非没有挑战。要成功实施SDV，汽车行业面临诸多技术和监管方面的障碍。主要体现在五个方面：

一、软件的复杂性

 

SDV需要高水平的软件工程专业知识和质量保证，它还涉及管理大量数据，并确保不同软件组件和系统之间的互操作性。

二、软件架构的更新

 

SDV需要一个强大且可扩展的软件架构，可以支持不同的硬件配置、软件模块、云服务等。

三、软件的生命周期管理

 

SDV需要一个持续而敏捷的软件开发过程，以适应不断变化的市场需求。另外，还要有一个可靠和安全的OTA更新机制，以便在不损害车辆安全或功能的情况下提供软件更新。

四、软件的监管

 

在整个开发过程中，SDV要有一个一致性的监管框架，定义SDV生态系统中每个参与者的角色和责任。

五、硬件和软件的解耦

 

过去，车辆的软件和硬件是紧密结合在一起的，功能是与底层硬件一起开发和实现的，组件之间的依赖性使得更新单个软件功能变得困难甚至不可能。这也是软件定义汽车目前面临的非常大的障碍。

从以硬件为主向软件定义汽车的转型将是未来5-10年推动汽车行业发展的必然趋势。在向软件定义汽车转型的过程中，传统汽车制造商将面临多重困难和挑战。而芯片供应商、软件供应商和互联网公司等新的汽车行业参与者将迎来新的发展机遇，高通、英伟达和Blackberry QNX等技术供应商的深度参与就印证了这一说法。

随着单个汽车零部件数量的减少，对软件、云和OTA更新的增加，以及新的科技公司竞争对手的出现，博世和大陆集团等传统Tier-1的角色和产品将发生变化。汽车OEM的目标将不再是利用车辆中不断增加的显示器，使所有设备同步、更新和集成，而是更加关注车辆的智能化以及上市后车辆功能的升级，软件功能将成为他们产品差异化的重要体现。

SDV是一项关键技术，它让传统的汽车产业跨入了一个新时代。目前，许多汽车OEM已经公布了他们的战略发展路线图。通用汽车宣布将于2023年过渡到其Ultifi平台。Ulitifi是位于通用汽车车辆智能平台（VIP）之上的端到端软件平台，将允许在下一代车辆中使用软件定义的功能。2023年，Ulitifi平台将出现在全球29款通用汽车车型中。

早在2020年，梅赛德斯-奔驰公司就宣布将用MB.OS操作系统取代原有的MBUX，这是对其MBUX用户界面的一次重大改革。新的MB.OS将是数据驱动的，并可灵活更新。2024年，MB.OS将在新款紧凑型汽车MMA平台上的车型开始实施。  

结语

SDV并不是一个全新的概念。事实上，如今的汽车已经拥有数百万行代码和数十个电子控制单元（ECU），这些单元控制着汽车的各个方面，如发动机、变速器、制动器、信息娱乐、导航等。只不过，SDV通过将软件作为汽车设计和开发的核心元素，将其设计理念和开发平台提升到了一个新的水平。

软件至上的设计有助于汽车OEM生产出经得起未来考验且易于控制的汽车。软件定义的车辆通过解耦硬件和软件功能，重新定义了车辆的架构。利用先进的计算平台、虚拟化技术和OTA更新，SDV让灵活和可升级的车辆系统成为可能。

产业链上的所有企业都应该进行彻底的评估并做出前瞻性规划，以便在新的产业转型中找到合适的路径来保持主动权。在向数字化转型过程中，汽车行业正在经历一场重大变革，软件定义汽车将成为重塑汽车产业格局新的里程碑。

 

 

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