摘自：東方證券 | 行業(yè)研究
如需獲取完整版PDF報告，點擊關(guān)注上方藍(lán)字“OTA技術(shù)與運營”后回復(fù)“軟件定義汽車“領(lǐng)取
而相較于傳統(tǒng)汽車，智能汽車能為車主創(chuàng)造豐富的、可感知的價值以及全新的駕駛體驗，這是當(dāng)前不同汽車形成差異化的關(guān)鍵，而軟件則是汽車智能化的核心。未來汽車軟件價值有望快速提升，據(jù)麥肯錫預(yù)測，到 2030 年汽車中軟件價值占比將達(dá)到 30%，屆時全球汽車軟件市場規(guī)模將高達(dá) 840 億美元?！坝布A(yù)埋，軟件升級”成為當(dāng)下車企的主流策 略，未來兩年將成為 L3 及更高級別自動駕駛發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點，具有領(lǐng)先軟件和算法能力的車企、軟件供應(yīng)商有望獲得重要機遇。在汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的趨勢下，汽車電子電氣架構(gòu)開始逐步向域架構(gòu)、中央計算架構(gòu)轉(zhuǎn)變，這也為軟件定義汽車的實現(xiàn)帶來了硬件基礎(chǔ)。為了滿足快速的軟件和功能的開發(fā)，面向服務(wù)的軟件架構(gòu)（SOA）開始被業(yè)界所認(rèn)可。在 SOA 架構(gòu)下，所有的服務(wù)組件接口均被標(biāo)準(zhǔn)化，軟件的部署不再依賴特定的硬件平臺、操作系統(tǒng)等，其松耦合、靈活易于拓展的特點真正意義上實現(xiàn)了汽車的“軟硬分離”。目前，上汽、小鵬、威馬等主機廠也開始紛紛布局 SOA 軟件架構(gòu)的開發(fā)，未來幾年內(nèi)或迎來 SOA 量產(chǎn)的高峰期。
系統(tǒng)軟件是車載操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，不僅為上層應(yīng)用以及功能的實現(xiàn)提供了高效、穩(wěn)定環(huán)境的支持，也是各類應(yīng)用調(diào)度底層硬件資源的“橋梁”，在智能汽車整體軟硬件架構(gòu)中處于核心的位置。系統(tǒng)軟件可進(jìn)一步劃分：硬件抽象層主要包括 Hypervisor 和BSP，其中 Hypervisor 提供了在同一硬件平臺上承載異構(gòu)操作系統(tǒng)的靈活性，而BSP 可支持操作系統(tǒng)更好地運行于硬件主板；OS 內(nèi)核（屬于狹義 OS）操作系統(tǒng)最基本的功能，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，是系統(tǒng)軟件層的核心。目前主流的 OS 內(nèi)核包括 QNX、Linux、VxWorks；中間件是汽車軟件架構(gòu)中重要的基礎(chǔ)軟件， AUTOSAR 是目前應(yīng)用最為廣泛的中間件方案。
功能軟件主要包含自動駕駛的核心共性功能模塊以及相關(guān)中間件，利用這些共性功能模塊，開發(fā)者可更高效地進(jìn)行自動駕駛業(yè)務(wù)層面的研發(fā)。
應(yīng)用軟件層主要包括智能汽車場景算法、座艙功能、數(shù)據(jù)地圖等內(nèi)容，是汽車智能座艙以及自動駕駛方案形成差異化的核心。
對于傳統(tǒng) Tier1 來說，部分系統(tǒng)功能開發(fā)權(quán)被主機廠收回是大勢所趨。為了避免淪為硬件代工商，越來越多的 Tier1 開始致力于打造“硬件+底層軟件+中間件+應(yīng)用軟件算法+系統(tǒng)集成”的全棧技術(shù)能力，典型代表包括博世、華為等，這也是 Tier1 搶占下一個市場份額制高點的關(guān)鍵所在。對于軟件供應(yīng)商來說，目前主機廠開始繞過傳統(tǒng)的 Tier1 以尋求與軟件供應(yīng)商的直接合作，因此軟件供應(yīng)商若能提供越多的軟件 IP 產(chǎn)品組合，就可能獲取更高的單車價值。
汽車智能化的大趨勢下，“軟件定義汽車”成為產(chǎn)業(yè)共識。簡單來說，軟件定義汽車（Software Defined Vehicles，SDV）指的是軟件將深度參與到汽車定義、開發(fā)、驗證、銷售、服務(wù)等過程中，并不斷改變和優(yōu)化各個過程，實現(xiàn)體驗持續(xù)優(yōu)化、過程持續(xù)優(yōu)化、價值持續(xù)創(chuàng)造。目前，不同車型在硬件配置方面逐漸趨同，各大車企在硬件領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)歷了漫長的競爭，硬件及其成本持續(xù)改善的空間較為有限。相較于傳統(tǒng)汽車，智能汽車能為車主創(chuàng)造豐富的、可感知的價值以及全新的駕駛體驗，這也是當(dāng)前不同汽車形成差異化的關(guān)鍵。因此，軟件和算法逐步成為了車企競爭的核心要素，造車的壁壘也由從前的上萬個零部件拼合集成能力演變成將上億行代碼組合運行的能力。軟件價值不斷提升，全球汽車軟件市場將快速增長。據(jù)麥肯錫預(yù)測，全球汽車軟件與硬件產(chǎn)品內(nèi)容結(jié)構(gòu)正發(fā)生著重大變化，2016 年軟件驅(qū)動占比從 2010 年的 7%增長到 10%，預(yù)計 2030 年軟件驅(qū)動的占比將達(dá)到 30%。從規(guī)模上來看，全球汽車軟件市場規(guī)模將從 2020 年的 350 億美元增長到 840 億美元，未來將有巨大的空間。
競逐智能化下半場，軟件及計算能力成為新時代下汽車的核心。智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動化、共享化已成為汽車產(chǎn)業(yè)變革的必然趨勢，汽車產(chǎn)品逐步由傳統(tǒng)代步機械工具向新一代具備感知和決策能力的智能終端轉(zhuǎn)變。在汽車“新四化”浪潮的變革趨勢下，比亞迪董事局主席兼總裁王傳福曾在2021聯(lián)想創(chuàng)新科技大會上表示：“電動化是上半場，智能化是下半場。智能化是更大的變革，創(chuàng)造的生態(tài)超乎想象?！痹陔妱悠嚂r代，電池、電驅(qū)等三電核心技術(shù)是比亞迪的護(hù)城河，王傳福認(rèn)為，在下一個汽車時代軟件決定了汽車競爭力。在2021華為智能汽車解決方案生態(tài)論壇上，華為智能汽車解決方案BU CEO余承東同樣表示，電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的時代已經(jīng)到來，與傳統(tǒng)汽車相比，智能汽車的本質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了改變，計算和軟件成為了汽車的核心?？梢灶A(yù)見的是，未來汽車智能化將成為各大車廠競逐的焦點，而軟件能力將成為定義整車功能的關(guān)鍵。“硬件預(yù)埋，軟件升級”成為車企主流策略，未來汽車軟件、算法優(yōu)化空間巨大。當(dāng)前面向量產(chǎn)乘用車的智能駕駛系統(tǒng)整體處于 L3 及以下級別，智能駕駛技術(shù)仍在持續(xù)迭代升級中。汽車產(chǎn)品具備較長的生命周期，一般為 5-10 年，車載計算平臺的算力上限決定車輛生命周期內(nèi)可承載的軟件服務(wù)升級上限。相較而言軟件迭代更快，因此智能駕駛軟件迭代周期與硬件更換周期存在錯位。為保證車輛在全生命周期內(nèi)的持續(xù)軟件升級能力，主機廠在智能駕駛上采取“硬件預(yù)置，軟件升級”的策略，通過預(yù)置大算力芯片，為后續(xù)軟件與算法升級優(yōu)化提供足夠發(fā)展空間。以蔚來、智己、威馬、小鵬為代表的主機廠在新一代車型中均將智能駕駛算力提升至 500-1000Tops 級別。
我國智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度領(lǐng)先世界，L3 及以上級別自動駕駛落地有望為行業(yè)帶來更大機遇。在巨大的消費需求推動下，我國汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的企業(yè)密切合作，不僅構(gòu)建了良性互動的生態(tài)環(huán)境，并且推動著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水平快速提升。根據(jù) IHS Markit 數(shù)據(jù)，我國 2020 年智能座艙新車滲透率達(dá)48.8%，且到 2025 年預(yù)計可以超過 75%，無論是滲透率還是滲透率提升速度均高于全球水平。蓋世汽車 CEO周曉鶯女士也指出，目前我國自動駕駛產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于世界領(lǐng)先水平。從座艙域到駕駛域，近年來高算力芯片的問世加速了智能汽車向更高級別自動駕駛的演進(jìn)，例如英偉達(dá)推出的Xavier（30TOPS）、DRIVE Orin（254TOPS）、DRIVE Atlan（1000TOPS），而根據(jù)地平線數(shù)據(jù)，實現(xiàn) L3 自動駕駛的算力需達(dá) 20-30TOPS，到 L4 級需要 200TOPS 以上，可見當(dāng)前芯片算力方面已為 L3 及更高級別的自動駕駛“做好了準(zhǔn)備”。根據(jù)艾瑞咨詢，隨著智能駕駛相關(guān)上路法規(guī)的不斷完善，L3 級別有條件自動駕駛乘用車有望在 2023 年開始逐步落地。結(jié)合我國新勢力車企對于今年新車型的大算力預(yù)埋，我們認(rèn)為，2022-2023 年將成為 L3 及更高級別自動駕駛發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點，具有領(lǐng)先軟件和算法能力的車企、軟件供應(yīng)商有望獲得重要機遇。1.2 軟硬件解耦帶動汽車軟件架構(gòu)向 SOA 演進(jìn)
傳統(tǒng)汽車分布式的 EE 架構(gòu)難以適應(yīng)軟件定義汽車的時代需求：1> 在傳統(tǒng) EE 架構(gòu)中軟硬件高度嵌套，軟件功能的實現(xiàn)更加依賴于硬件。若要新增單一功能，需要改變所有與其相關(guān)的 ECU 軟件，同時也要修改車內(nèi)電線、線束布線等，功能或系統(tǒng)升級的復(fù)雜性極大，車企集成驗證更為困難。若要實現(xiàn)較為復(fù)雜的功能，則需要多個控制器同時開發(fā)完成才能進(jìn)行驗證，一旦其中任意一個控制器出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致整個功能全部失效；2> 在傳統(tǒng)分布式 EE 架構(gòu)之下，ECU 由不同的供應(yīng)商開發(fā)，框架無法復(fù)用，無法統(tǒng)一。同時，OTA 外部開發(fā)者無法對 ECU 進(jìn)行編程，無法由軟件定義新的功能，以進(jìn)行硬件升級；3> 基于傳統(tǒng)分布式 EE 架構(gòu)，車企只是架構(gòu)的定義者，核心功能是由各個 ECU 完成，其軟件開發(fā)工作主要是由 Tier1 完成。主機廠只做集成的工作，這也導(dǎo)致過去大部分主機廠自身的軟件開發(fā)能力較弱。隨著汽車不斷向智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，以單片機為核心的傳統(tǒng)分布式電子電氣架構(gòu)已經(jīng)很難滿足未來智能汽車產(chǎn)品的開發(fā)需求，同時還面臨算力束縛、通訊效率缺陷、以及不受控的線束等成本黑洞。因此，汽車電子電氣架構(gòu)從傳統(tǒng)分布式架構(gòu)正在朝向域架構(gòu)、中央計算架構(gòu)轉(zhuǎn)變，而集中化的 EE 架構(gòu)是實現(xiàn)軟件定義汽車重要的硬件基礎(chǔ)。
在集中化的 EE 架構(gòu)下軟硬件解耦，軟件開發(fā)逐漸通用化、平臺化。分布式軟件架構(gòu)是一種面向信號的架構(gòu)，控制器之間通過信號來傳遞信息，整個系統(tǒng)是封閉、靜態(tài)的，在編譯階段就被定義完成，因此若主機廠要修改或增加某個控制器的功能定義，同時該指令還必須調(diào)用另一個控制器上的功能時，就不得不把所有需要的控制器都升級，大大延長開發(fā)周期、增加開發(fā)成本。此時，軟硬件高度嵌套，硬件之間難以形成較強的協(xié)同性，汽車軟件的可復(fù)用性和 OTA 升級能力整體較弱。隨著汽車 EE 架構(gòu)逐步趨于集中化，域控制器或中央計算平臺以分層式或面向服務(wù)的架構(gòu)部署，ECU 數(shù)量大幅減少，汽車底層硬件平臺需要提供更為強大的算力支持，軟件也不再是基于某一固定硬件開發(fā)，而是要具備可移植、可迭代和可拓展等特性。汽車原有以 ECU 為單元的研發(fā)組織將發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成通用硬件平臺、基礎(chǔ)軟件平臺以及各類應(yīng)用軟件的新型研發(fā)組織形態(tài)。為實現(xiàn)軟件定義汽車，智能汽車軟件架構(gòu)需向 SOA 轉(zhuǎn)型升級。過去汽車軟件架構(gòu)更多是面向信號的架構(gòu)（Signal-Oriented Architecture），ECU 的功能是固定的，軟件被提前編寫在控制器中。但隨著智能汽車的發(fā)展，車內(nèi)搭載的 ECU 數(shù)量快速增加，這不僅使 ECU 的點對點的通訊變得十分復(fù)雜，且不具備靈活性和擴展性，微小的功能改動都會引起整車通訊矩陣以及各 ECU 軟件的變動。SOA（Service-Oriented Architecture，面向服務(wù)的軟件架構(gòu)）是一種軟件架構(gòu)，同時也是一種軟件設(shè)計方法和理念，其具備接口標(biāo)準(zhǔn)化、松耦合、靈活易于擴展等特點：1> 首先，在 SOA 架構(gòu)中每一個服務(wù)都具有唯一且獨立互不影響的身份標(biāo)識（ID），界定了清晰的功能范圍，并通過服務(wù)中間件（Service Middleware）完成自身的發(fā)布、對其他服務(wù)的訂閱以及與其他服務(wù)的通訊工作。因此，SOA架構(gòu)解決了傳統(tǒng)架構(gòu)中因個別功能增減/變更而導(dǎo)致整個通訊矩陣與路由矩陣都要變更的問題。同時，SOA 架構(gòu)中每一個服務(wù)組件接口都是“標(biāo)準(zhǔn)可訪問”的，服務(wù)組件的設(shè)計、部署不再依賴于具體特定的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，同樣的組件/功能可以通過標(biāo)準(zhǔn)化接口在不同的車型上實現(xiàn)復(fù)用，實現(xiàn)組件的“軟硬分離”。
2> 在智能汽車時代，軟件的迭代周期越來越短，獨立于硬件的軟件升級是持續(xù)為客戶提供價值的關(guān)鍵。由于 SOA 架構(gòu)具有“松耦合”的特性，服務(wù)組件和硬件均可以標(biāo)準(zhǔn)化地接入和訪問，若要新增某一功能只需增加相應(yīng)的服務(wù)組件并使其調(diào)用不同的硬件功能即可。因此在 SOA 架構(gòu)下，開發(fā)人員可更多地專注于上層應(yīng)用的開發(fā)，而無需再對底層算法甚至各個 ECU 中的軟件進(jìn)行重新編譯，這也解決了相同的應(yīng)用在不同車型及硬件環(huán)境下重復(fù)開發(fā)的痛點，使得汽車軟件架構(gòu)十分靈活并易于拓展。在軟硬件解耦以及汽車軟件架構(gòu)向 SOA 轉(zhuǎn)型的背景下，汽車軟件產(chǎn)業(yè)鏈正逐漸被重塑：1> 主機廠開始重視軟件能力的構(gòu)建，通過建立軟件自研能力、系統(tǒng)架構(gòu)能力以及 SOA 架構(gòu)能力以強化軟硬件解耦。目前大部分車企已經(jīng)完成了軟件自研能力補充或升級，建立起了平臺型架構(gòu)體系，車企的傳統(tǒng)開發(fā)模型也正向面向軟件定義汽車的開發(fā)模型升級。2> 軟件供應(yīng)商一躍成為 Tier1 供應(yīng)商。由于汽車軟件開發(fā)難度提升，傳統(tǒng)的汽車零部件供應(yīng)商研發(fā)能力難以滿足需求，此時車廠開始繞過傳統(tǒng)一級供應(yīng)商，直接與原有的二級供應(yīng)商（芯片、軟件算法等廠商）合作。在軟件定義汽車時代，軟件重要性不言而喻，整車廠為了掌握主導(dǎo)權(quán)并降低高昂的研發(fā)成本，往往會選擇直接與具備較強的獨立算法研發(fā)能力的軟件供應(yīng)商合作，因此這些軟件供應(yīng)商一躍成為了 Tier1 廠商。未來，軟件供應(yīng)商的盈利模式有望發(fā)生轉(zhuǎn)變，開發(fā)基礎(chǔ)平臺收許可費、供應(yīng)功能模塊按 Royalty 收費及定制化的二次開發(fā)等方式或成為主流打法。主機廠紛紛布局 SOA軟件架構(gòu)的開發(fā)，未來幾年內(nèi)或迎來 SOA量產(chǎn)的高峰期。當(dāng)前大部分OEM主機廠仍處于硬件架構(gòu)升級的階段，目前僅有特斯拉、大眾完成了定制 OS 內(nèi)核的開發(fā)構(gòu)建和規(guī)模化應(yīng)用，汽車軟硬件解耦也處于發(fā)展初期，現(xiàn)階段主機廠紛紛將底層基礎(chǔ)軟件（系統(tǒng)軟件層）作為發(fā)展重點。從長期來看，SOA 將重構(gòu)汽車生態(tài)，汽車行業(yè)很可能復(fù)制 PC 和智能手機的軟件分工模式。車企可通過自建或與供應(yīng)商合作搭建操作系統(tǒng)和 SOA 平臺，引入大量的算法供應(yīng)商、生態(tài)合作伙伴等形成開發(fā)者生態(tài)圈，未來車企能夠向用戶提供全生命周期的軟件服務(wù)。這一背景下，主機廠紛紛布局 SOA 軟件架構(gòu)的開發(fā)，未來幾年有望成為 SOA 量產(chǎn)的高峰期。本文摘自：東方證券汽車行業(yè)深度報告：智能汽車深度系列之汽車軟件的星辰大海
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