打造智能汽車操作系統(tǒng)，實現(xiàn)軟件定義汽車

文 / 本刊記者 趙黎

傳統(tǒng)的汽車銷售正從價值變現(xiàn)的終點變成起點。最終，智能汽車將成為一個可持續(xù)價值創(chuàng)造的平臺，其中軟件的價值日益凸顯。

伴隨著近年人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信等技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，信息物理世界已然邁入萬物互聯(lián)的智能化階段。而作為國民經(jīng)濟(jì)支柱的汽車產(chǎn)業(yè)，因其自身規(guī)模大、帶動效應(yīng)強、國際化程度高、資金技術(shù)人才密集，正在成為新一輪技術(shù)革命的焦點。

當(dāng)前，以電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化為關(guān)鍵特征的汽車“新四化”正在深刻塑造百年汽車產(chǎn)業(yè)。網(wǎng)聯(lián)信息服務(wù)紛紛上車，自然語言交互、輔助駕駛等智能應(yīng)用在車上日益普及。以中國市場為例，新車的智能化滲透率已經(jīng)達(dá)到48.8%，預(yù)計2025年將達(dá)到75%。未來，智能汽車將成為人的第三生活空間，為我們帶來全新的應(yīng)用體驗。新能源汽車的移動儲能我們已經(jīng)喜聞樂見；未來智能汽車可以為我們提供移動影院級的視聽感受；還可以成為與人移動共生的超級智能助理，為我們免除通勤困擾的同時釋放更多的個人自由時間，提供更多智能輔助。同時，汽車全生命周期內(nèi)的數(shù)字化服務(wù)訂閱，部件可擴展可升級，以軟件為核心技術(shù)支撐的整車體驗常用常新正在成為常態(tài)。傳統(tǒng)的汽車銷售正在從價值變現(xiàn)的終點變成起點。最終，智能汽車將成為一個可持續(xù)價值創(chuàng)造的平臺。

我們看到，智能汽車全生命周期中的軟件價值正在凸顯。規(guī)劃階段，車企越來越多地借用云化平臺服務(wù)開展市場調(diào)研，分析消費者喜好和行為，把握產(chǎn)品技術(shù)布局方向，定義整車核心體驗；概念階段，CAD & CAE & CAM等數(shù)字化工業(yè)軟件技術(shù)對完善整車早期概念設(shè)計愈加重要；設(shè)計開發(fā)階段，車企正積極向基于車+云分布式計算架構(gòu)的“機理”+“數(shù)據(jù)”數(shù)字化模型敏捷開發(fā)轉(zhuǎn)型；驗證階段，越來越多的整車功能驗證通過模型在環(huán)和軟件在環(huán)承載；銷售階段，基于軟件的功能自定義，服務(wù)訂閱，持續(xù)升級正在成為車企的核心賣點；服務(wù)階段，基于實時運營數(shù)據(jù)的個性化、創(chuàng)新服務(wù)正在成為造車新勢力的獨特優(yōu)勢。軟件定義正在全方位地深入到汽車的定義、開發(fā)、驗證、銷售、服務(wù)過程當(dāng)中。

汽車產(chǎn)業(yè)變革面臨三個主要矛盾

然而，傳統(tǒng)車向軟件定義智能車的轉(zhuǎn)型之路并不平坦。縱觀整個汽車行業(yè)，當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)變革正面臨三個主要矛盾：

消費者持續(xù)新體驗和功能安全保障的矛盾

截至2021年1月，全球手機用戶數(shù)已突破52.2億。泛終端智能化率（手機、汽車、家居等）的持續(xù)增長使得消費者對于無縫的智能數(shù)字化體驗產(chǎn)生了強依賴。用戶渴望在智能汽車上也擁有常用常新，隨需定制的智能數(shù)字化體驗。汽車行業(yè)從“以車為中心”向“以用戶為中心”的體驗創(chuàng)新轉(zhuǎn)變直接驅(qū)動了兩個方面的顯著變化：一是整車體驗定義貫穿汽車全生命周期；二是整車計算架構(gòu)由聯(lián)邦式電子電氣架構(gòu)向集中+區(qū)域接入的計算通信架構(gòu)演進(jìn)。以整車計算架構(gòu)為例，現(xiàn)有的電子電氣架構(gòu)采用分離方式，每增加一個功能就需要部署獨立的功能部件。整車功能在出廠時已經(jīng)固定，如需新增功能，需要對車輛進(jìn)行深度改裝。同時各個功能部件互相獨立、資源分散，算力低下且無法共享。而基于集中計算+區(qū)域接入的智能汽車計算平臺則通過將傳感、計算、執(zhí)行進(jìn)行分離，將計算強相關(guān)的功能邏輯和數(shù)據(jù)在異構(gòu)高性能技術(shù)平臺上進(jìn)行集中部署、資源共享、在線更新，從而可以實現(xiàn)覆蓋整車全生命周期的功能開發(fā)。

與此同時，智能汽車作為載人交通工具的核心屬性并沒有發(fā)生變化。高安全、強實時歷來是車控軟件領(lǐng)域的核心特征。而在智能車階段，整車功能定義跨越多個部件，整車體驗更新覆蓋全生命周期，底層計算架構(gòu)發(fā)生顯著變化。歐盟委員會在《通往自動化出行之路：歐盟未來出行戰(zhàn)略》更是提出，當(dāng)自動駕駛的部署完全融入到整個運輸系統(tǒng)中，將會為實現(xiàn)“2050年，歐洲道路交通事故死傷人數(shù)為零的愿景”作出重大貢獻(xiàn)。在這樣的背景下，如何構(gòu)建面向智能汽車的車控軟件平臺，實現(xiàn)高功能安全、強實時的整車功能定義和體驗更新，保障乘員的生命財產(chǎn)安全是亟待行業(yè)解決的關(guān)鍵課題。

產(chǎn)業(yè)升級和工程技術(shù)的矛盾

長期以來，汽車行業(yè)以汽車工程為核心工程方法，形成了OEM負(fù)責(zé)車型規(guī)劃、定義、集成，Tier1廠商負(fù)責(zé)部件化功能開發(fā)的金字塔型產(chǎn)業(yè)格局。在軟件領(lǐng)域，整車企業(yè)負(fù)責(zé)整車需求定義和集成驗證，軟件相關(guān)的功能設(shè)計、開發(fā)和部件級驗證通常由供應(yīng)商完成。整車企業(yè)開發(fā)人員以電子電氣工程師為主，ICT技術(shù)領(lǐng)域的人員&技術(shù)積累匱乏。

而在智能汽車階段，基于專用計算平臺，滿足車規(guī)級要求的智能汽車軟件是典型的新生事物。未來，汽車創(chuàng)新的90%左右將集中在軟件領(lǐng)域，軟件價值占比將達(dá)到60%。當(dāng)前，整車軟件架構(gòu)正加速向服務(wù)化可持續(xù)架構(gòu)的方向發(fā)展。軟件與硬件解耦，軟件與軟件解耦，軟件與數(shù)據(jù)解耦，基于標(biāo)準(zhǔn)化的軟件平臺架構(gòu)，汽車開發(fā)者可以靈活地進(jìn)行二次開發(fā)等技術(shù)趨勢成為行業(yè)共識。為此，全球各大車企紛紛成立獨立軟件子公司，加大軟件領(lǐng)域投資力度。今年7月，大眾發(fā)布2030 NEW AUTO戰(zhàn)略，宣布加速轉(zhuǎn)型成為軟件驅(qū)動型移動出行服務(wù)提供者。大眾計劃于2025年推出一個全新、統(tǒng)一、可擴展的CARIAD全球軟件平臺。但受限于企業(yè)文化，組織結(jié)構(gòu)，開發(fā)流程，人才儲備，供應(yīng)鏈體系，商業(yè)模式等因素，主機廠向軟件的技術(shù)轉(zhuǎn)型升級面臨多方面的挑戰(zhàn)。

規(guī)?；瘎?chuàng)新突破和可持續(xù)安全發(fā)展的矛盾

智能汽車因其產(chǎn)業(yè)大、賽道新而成為各國戰(zhàn)略發(fā)展的重點。美國交通部于2015年發(fā)布《智能交通系統(tǒng)戰(zhàn)略規(guī)劃（2015~2019年）》，將發(fā)展智能汽車作為美國發(fā)展智能交通系統(tǒng)的重點。歐盟從2010年起陸續(xù)發(fā)布一系列政策，引導(dǎo)各國智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，逐步形成相對完整的包含智能汽車在內(nèi)的智能交通發(fā)展戰(zhàn)略體系。日本從上世紀(jì)九十年代開始研究智能交通系統(tǒng)，并于2013年制定包含智能汽車在內(nèi)的信息化國家戰(zhàn)略。美、歐、日等國家和地區(qū)都在積極推進(jìn)創(chuàng)新能力試點，希望率先在本國實現(xiàn)智能汽車的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，甚至采取了階段性放松行業(yè)監(jiān)管的政策。

然而，智能汽車在開放社會系統(tǒng)環(huán)境下的網(wǎng)構(gòu)化，自主化運行使其面臨全新的安全挑戰(zhàn)。海量安全攸關(guān)的智能汽車正在形成一個全新的智能社會化系統(tǒng)。當(dāng)前，移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的惡意應(yīng)用程序數(shù)量超過1300萬個，并以年復(fù)合增長率60%的速度高速增長。世界經(jīng)濟(jì)論壇已經(jīng)將網(wǎng)絡(luò)攻擊列為對人類的第三大威脅，僅次于極端天氣和自然災(zāi)害。在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域為人熟知的梅特卡夫定律也同樣適用于智能汽車安全威脅領(lǐng)域，即智能汽車的威脅風(fēng)險與其節(jié)點成平方關(guān)系。因此，我們看到過去5年時間里汽車被攻擊的次數(shù)增長了20倍。究其原因，威脅主要來自三個方面：一是萬物互聯(lián)增加攻擊面，如移動網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙、WiFi、GPS、UWB、V2X等；二是汽車全生命周期智能化應(yīng)用增加攻擊面，如汽車的設(shè)計、制造、功能、體驗、服務(wù)等；三是汽車軟件復(fù)雜度提升增加攻擊面。汽車關(guān)鍵代碼漏洞呈現(xiàn)指數(shù)級增長；開源軟件的引入也導(dǎo)致系統(tǒng)漏洞的急劇增加。上述這些因素對車的功能安全、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全都帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

智能汽車操作系統(tǒng)是軟件定義汽車的關(guān)鍵

解決好上述三個主要矛盾是智能汽車取信于消費者，賦能車企，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型落地的關(guān)鍵前提。而覆蓋汽車開發(fā)、運行、運營等階段的基礎(chǔ)操作系統(tǒng)向下整合資源，向上抽象能力，對智能汽車功能應(yīng)用運行起著承上啟下，起承轉(zhuǎn)合的關(guān)鍵作用。智能汽車操作系統(tǒng)是業(yè)務(wù)使能層，用戶無法直接感知，是基礎(chǔ)性工作，技術(shù)難度高、開發(fā)量大，需要基于對ICT領(lǐng)域的深入理解長期培育。

傳統(tǒng)車控操作系統(tǒng)主要基于ECU、MCU計算平臺，面向車控部件應(yīng)用提供受限嵌入式環(huán)境下實時、確定、可靠的基礎(chǔ)運行環(huán)境。

而智能汽車操作系統(tǒng)主要基于異構(gòu)高性能計算平臺，集成高性能車控計算任務(wù)的復(fù)雜系統(tǒng)，是孕育智能駕駛創(chuàng)新能力的核心支撐平臺，同時還需要滿足高安全、高可靠等汽車行業(yè)關(guān)鍵要求，是產(chǎn)業(yè)鏈競相布局的制高點。

華為智能汽車操作系統(tǒng)助力軟件定義汽車

華為智能汽車操作系統(tǒng)包含三大操作系統(tǒng)AOS（智能駕駛操作系統(tǒng)）、HOS（智能座艙操作系統(tǒng)）和VOS（智能車控操作系統(tǒng)）。華為依托自身在ICT領(lǐng)域的長期積累，致力于優(yōu)先把使能業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)能力構(gòu)建好，借此大大降低智能汽車的開發(fā)難度，幫助車企提升開發(fā)效率、降低開發(fā)成本，聚焦為用戶帶來更好體驗，將汽車打造為持續(xù)創(chuàng)造價值的平臺。

面向車控域安全攸關(guān)的運行保障場景，華為的車控操作系統(tǒng)方案主要分為智能駕駛操作系統(tǒng)AOS和智能車控操作系統(tǒng)VOS兩個核心部分。

智能駕駛操作系統(tǒng)AOS，同時滿足智能駕駛軟件開發(fā)對生態(tài)、車規(guī)、性能等核心要求

智能駕駛是車企獲得競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略制高點，面臨著投入周期長、場景復(fù)雜度高、技術(shù)難度大的三大挑戰(zhàn)。華為智能駕駛操作系統(tǒng)AOS，堅持通過技術(shù)創(chuàng)新滿足智能駕駛軟件開發(fā)對性能、車規(guī)、安全及高效開發(fā)的核心要求，致力于提供4大核心能力：

全棧自研，包括內(nèi)核、中間件、AI計算框架、工具鏈、云端服務(wù)基礎(chǔ)軟件棧；

車規(guī)級安全，車規(guī)級安全隔離引擎、車規(guī)級內(nèi)核、車規(guī)級運行時和框架；

提供AI框架和豐富的算子庫，支持模型化仿真、驗證，使能智能駕駛高效開發(fā)；

極致性能：原生異構(gòu)計算架構(gòu)，專為車場景的打造的確定性運行環(huán)境、確定性調(diào)度、確定性通信框架。

智能車控操作系統(tǒng)VOS，兼容AUTOSAR最新標(biāo)準(zhǔn)，滿足ECU向車載以太網(wǎng)、多核MCU、安全、OTA等演進(jìn)訴求

華為智能車控操作系統(tǒng)VOS支持車規(guī)級MCU芯片、兼容AUTOSAR規(guī)范，通過車規(guī)安全認(rèn)證，并且提供全套模型化開發(fā)工具鏈?，F(xiàn)已運行在華為及眾多合作伙伴的網(wǎng)關(guān)、車身控制器、電動系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、傳感器、域控制器等多種設(shè)備之上，應(yīng)用場景廣泛。面向安全車控部件應(yīng)用，華為智能車控操作系統(tǒng)VOS致力于提供4大核心能力：

全自研的智能車控操作系統(tǒng)，兼容Classic AUTOSAR4.4規(guī)范，同時把創(chuàng)新技術(shù)推入AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)；

車規(guī)安全，ASIL-D認(rèn)證，高安全隔離、冗余設(shè)計，確保關(guān)鍵任務(wù)穩(wěn)定可靠執(zhí)行；

支持SOA服務(wù)化開發(fā)，提供DDS/SOMEIP通信中間件，提供安全、靈活的多核部署方案；

高效開發(fā)，全自研的開發(fā)平臺，提供模型化開發(fā)、仿真、驗證、代碼自動生成，同時提供ECU模擬器。

在迎接智能汽車轉(zhuǎn)型大潮的過程中，華為將結(jié)合自身的技術(shù)積累，長期聚焦ICT技術(shù)，持續(xù)打造使能車企業(yè)務(wù)基礎(chǔ)能力的智能汽車操作系統(tǒng)。通過構(gòu)建安全開放的智能汽車操作系統(tǒng)，我們希望與車企、軟件和硬件合作伙伴勠力同心，共創(chuàng)數(shù)字平臺、共建繁榮生態(tài)、共享技術(shù)成果，使能車企“造好”車、造“好車”。