新思科技电子数字孪生驱动智能汽车创新升级

在汽车产业加速变革的当下，软件与电子系统深度融合，正重塑汽车行业的发展格局。从智能驾驶辅助系统的迭代，到车载互联功能的拓展，软件定义汽车的趋势愈发显著，这既为行业带来了无限创新机遇，也让车企面临着前所未有的挑战。

近日，新思科技中国区电子系统数字孪生总监潘小伟先生应邀参加Open House China 2025暨IPG中国十周年庆典，发表了《电子数字孪生：软件定义系统高效开发及验证的未来》的主旨演讲，与全球汽车行业的专家、合作伙伴及客户，共同探讨虚拟开发技术的前沿趋势。潘小伟讲解了数字孪生技术在汽车电子系统开发中的应用，展示了如何通过虚拟ECU（VECU）在不同抽象层次上执行生产代码，从而在早期开发阶段实现多样化的测试。数字孪生技术将大幅提升开发效率，同时确保最高的安全和质量标准。

智能汽车的全方位赋能者

汽车上有很多ECU单元，这些单元实际上是由芯片组成，芯片ECU上运行着自驾系统、座舱系统、域控系统等软件，共同构成汽车的电子电气架构。新思科技致力于帮助系统公司设计芯片，提供从芯片到系统的完整解决方案。芯片由更小的IP/Block组成，比如手机的USB接口、电脑的PCIe、HDMI接口等，这些IP有90%的可能性来自新思科技。有了这些IP模块，再结合如ARM这样的处理器，就能构建芯片架构，这一过程需要借助EDA软件工具去设计。

新思科技作为全球最大的EDA公司，构建好芯片架构后，还需与芯片生产制造商合作，提供版图信息进行流片。流片完成后，产品可提供给下游的Tier 1 OEM用于实现ECU板卡。同时，新思科技也提供数字孪生系统，帮助汽车产业基于虚拟方式更好更快地进行软件的开发、系统的集成。

新思科技成立37年，进入中国刚好30周年。作为全球第12大软件公司，我们在全球拥有2万名员工，其中中国大陆约2000多人，去年营收约60亿美金。潘小伟认为，我们所处的时代十分幸运，过去20年，摩尔定律推动芯片行业发展，算力实现了百万级别的提升，芯片在生活中无处不在。过去10年，人工智能的兴起进一步推动产业发展，软件定义系统也越来越普及。随着芯片与系统的发展及融合，整个产业在新产品设计和提供方面需要做出巨大变革。为此，新思科技CEO Sassine(盖思新)在今年3月SNUG上提出“重构工程设计，引领科技创新”（Re-engineering Engineering）理念，未来产品设计所需的工具必须进行创新变革以适应新的变化。

如今，芯片到系统的变革在各行各业发生。最左侧的芯片其实可分为两类，一类是如功率器件，另一类是像MCU/SOC/MPU等带有软件的逻辑芯片。芯片算力不断增强，其承载的功能更多通过软件系统呈现，芯片公司不再仅仅提供芯片，还需提供成熟软件，实际上某种程度上已成为一个小型系统。对于系统公司而言，以往设计产品注重电气或机械特性，现在为实现更多功能，需要更多算力芯片，逐渐开始自行设计或控制相关系统、芯片及承载的软件，这在汽车、航空航天和工业制造领域表现得尤为明显。

软件定义汽车带来的多重挑战

以汽车行业为例，国内新势力车企已开始自主造芯片并进行垂直整合，为自身带来差异化竞争优势。但这一行业的新变化也带来了诸多挑战，比如开发节奏快、成本控制难、质量保障要求高。近年来，汽车行业竞争激烈，电子系统在汽车中的占比和成本不断增加，软件代码量也大幅增长，如今一辆车可能有1.4亿行代码，预计到2030年将增至3亿行，这些代码都需要经过严格的测试验证才能交付给消费者。同时，因软件和电子系统问题导致的召回事件也在增多。今年，国家对OTA的监管愈发严格，要求企业必须备案，这就要求车企在首次交付产品时软件质量就要达标，OTA应更多地用于增加新功能而非修复漏洞。此外，国外主机厂设计一款新车通常需要六到七年，而国内部分主机厂仅需两年甚至18个月，如何在如此短的时间内完成产品迭代，同时保证创新，成为汽车行业面临的关键挑战，而这些挑战的核心就在于软件及软硬件系统集成方面。

软件变得越来越复杂，同一车型可能因软件配置不同衍生出多种款型，但实际上最终可能它的硬件几乎是一样，实际上背后的不一样的地方是软件不同configuration来实现这样差异化的产品，另外HiL台架的测试和可用性也受到限制。车企在不断扩充软件团队，向软件工厂转型，如何提升软件集成和开发的效率，以及在漫长的汽车产业链中降低对供应商的依赖、提高协作效率，都至关重要。

电子数字孪生驱动智能汽车创新升级

数字孪生技术正是应对上述挑战的有效方法。在各行各业，数字孪生都有广泛应用，比如英伟达的数字地球，可用于天气预报、极端天气分析、能源生产预测、碳排放预测等。在汽车行业，数字孪生也并不陌生，像IPG的Carmaker对道路自动驾驶的仿真、ANSYS对汽车物理机械等方面的仿真，还有利用AR/VR构建虚拟汽车内饰空间进行数字化设计等。然而，过去十年，车载ECU的开发缺少数字化仿真环境，而这正是新思科技全力推进的方向。

潘小伟表示，新思科技的愿景和已经在客户中实现的成果是对整车的ECU进行虚拟化仿真，涵盖域控、中央计算、智驾部分，以及电源管理芯片、IC Driver等，还包括ECU之间通过以太网、CAN总线等的互联。这种仿真可在主机或云服务器上运行，结合车辆动力学模型、电池、电机、传感器以及自动驾驶仿真场景，构建出多领域数字孪生系统，实现真正的全数字孪生。

对于整车的电子电气架构集成来说，其链路很长，软件从单元到组件再到整个栈的垂直整合，硬件从单个ECU到域级别再到多域级别架构，涉及众多供应商和不同团队。以往常出现车已基本完成，但因软件问题无法按时上市的情况，这给车企带来了巨大挑战。所以，车企希望能提前进行软件栈和系统的垂直整合，延长集成测试周期，加快产品上市时间（SOP）。基于数字孪生系统或虚拟ECU，还能加速OTA验证和更新。

虚拟ECU融入当前开发流程，主要是针对软件的不同层次提供不同抽象级别，实现从单元级测试到系统级测试的全覆盖。我们对虚拟ECU进行了分级，从level 0到实物HiL测试，新思科技重点关注level 1到level 4这部分。level 1可理解为应用软件层，以AutoSAR架构为例，我们提供底层RTE环境用于软件测试；level 3则是将ASW、RTE和BSW集成测试，虚拟ECU提供底层的MCAL和OS。level 1到level 3的测试基于host compile方式，在X86电脑上运行。level 4是对实际ECU的完全虚拟化，又分为level 4b和level 4a。level 4b使用与HiL测试相同的二进制代码；对于大算力SOC，为避免模拟GPU消耗过多资源，采用level 4A的bypass方式，将上层库放到主机的GPU卡上加速计算，对上层应用而言，仅需替换底层GPU驱动即可。新思科技专注于level 1到level 4的虚拟ECU仿真，助力客户进行不同软件栈的开发和系统集成。

新思科技的电子数字孪生系统分为两部分，backend是相关仿真引擎，负责level 1到level 4的虚拟化仿真；frontend是用户交互界面和协作环境，方便开发者、测试者和供应商协作。该系统不仅能实现单个ECU的虚拟仿真，还能构建多ECU虚拟仿真，通过虚拟总线互联，甚至能与实物、芯片实物模拟仿真相结合，同时也可与道路环境仿真工具（如IPG的CarMaker）集成，构建多领域数字孪生系统，进行全车集成测试。此外，我们还能根据测试需求生成测试用例和报告。

潘小伟也分享了一些案例。比如奔驰在去年的新思科技Virtual Prototyping Day上展示了基于SiL的测试，今年9月在慕尼黑还会举办类似活动。奔驰实现了SiL测试、HiL台架测试和实车测试共用一套测试用例，形成了一个闭环测试环境，前期SiL测试结果可与HiL和实车测试结果比对，实车测试数据又能反馈到SiL测试中，使仿真更精准，关键问题能在SiL仿真中提前发现并解决。不同的虚拟化仿真策略可支持不同软件栈同时进行开发、集成和测试，无论是上层应用层软件还是全栈软件开发，都能满足需求，助力主机厂构建软件工厂，实现CICD DevOps和测试自动化，大幅提升效率。虽然虚拟化测试无法取代HiL测试，但能让测试、集成和开发环节提前，降低开发测试周期，提升软件开发效率，降低成本。同时，虚拟仿真还可进行特殊场景测试和故障注入，不会损坏实物，能提高测试覆盖率，降低召回风险。

此外，奔驰AMG的案例也充分体现了SiL测试的优势。通过应用CI/CT和自动化部署，原本需要29天的测试缩短到6天，他们的下一阶段目标是进一步将测试时间缩短至3天左右。

IPG与新思科技合作的案例场景中（如图2），左上角是CarMaker用于仿真道路车辆动力学模型，左下角是两个分别负责辅助驾驶ACC场景和AEB场景的ECU，它们生成FMU并集成到CarMaker中，通过Digital Twin的Fabric实现通信。右下角是TPT测试工具，用于导入需求生成测试用例和报告，右上角是Dashboard。在这个场景中，当ACC车行驶中遇到前车时出现了异常情况，TPT测试报告显示有一个Fail的Case，即驾驶员踩刹车后ACC未退出，反而被AEB直接刹停，这一仿真不仅能报告问题，还便于复现和调试，能高效解决问题。

携手共筑汽车产业新未来

汽车行业的发展离不开生态伙伴的支持，新思科技与汽车行业的各种工具链相结合，构建了完整的数字孪生系统。IPG是我们长期的合作伙伴，共同构建了自动驾驶测试场景和环境。上个月，我们还与Vector达成战略合作，共同推动开源库SIL Kit的发展，在多域ECU联合仿真和对外连接调试方面提供更高效的方案。

潘小伟还表示，从去年开始，“新质生产力”成为热门概念并且国家把“发展新质生产力”纳入经济工作重点，电子数字孪生技术对于中国汽车产业而言，是关键的新质生产力，它能够助力中国汽车产业走向全球，提升国际竞争力。通过新思科技与IPG等合作伙伴的共同努力，构建的电子ECU孪生系统和多域数字孪生系统，能帮助车企降低开发测试成本，加速产品上市进程。