摘自：東方證券 | 行業(yè)研究
如需獲取完整版PDF報(bào)告，點(diǎn)擊關(guān)注上方藍(lán)字“OTA技術(shù)與運(yùn)營(yíng)”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(jià)值以及全新的駕駛體驗(yàn)，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(lái)汽車軟件價(jià)值有望快速提升，據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，到 2030 年汽車中軟件價(jià)值占比將達(dá)到 30%，屆時(shí)全球汽車軟件市場(chǎng)規(guī)模將高達(dá) 840 億美元?！坝布A(yù)埋，軟件升級(jí)”成為當(dāng)下車企的主流策 略，未來(lái)兩年將成為 L3 及更高級(jí)別自動(dòng)駕駛發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，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(jī)遇。在汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的趨勢(shì)下，汽車電子電氣架構(gòu)開始逐步向域架構(gòu)、中央計(jì)算架構(gòu)轉(zhuǎn)變，這也為軟件定義汽車的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)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(tái)、操作系統(tǒng)等，其松耦合、靈活易于拓展的特點(diǎn)真正意義上實(shí)現(xiàn)了汽車的“軟硬分離”。目前，上汽、小鵬、威馬等主機(jī)廠也開始紛紛布局 SOA 軟件架構(gòu)的開發(fā)，未來(lái)幾年內(nèi)或迎來(lái) 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(shí)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(tái)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(yùn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(dòng)駕駛方案形成差異化的核心。
對(duì)于傳統(tǒng) Tier1 來(lái)說(shuō)，部分系統(tǒng)功能開發(fā)權(quán)被主機(jī)廠收回是大勢(shì)所趨。為了避免淪為硬件代工商，越來(lái)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(gè)市場(chǎng)份額制高點(diǎn)的關(guān)鍵所在。對(duì)于軟件供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，目前主機(jī)廠開始繞過(guò)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(jià)值。
汽車智能化的大趨勢(shì)下，“軟件定義汽車”成為產(chǎn)業(yè)共識(shí)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(yàn)證、銷售、服務(wù)等過(guò)程中，并不斷改變和優(yōu)化各個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)持續(xù)優(yōu)化、過(guò)程持續(xù)優(yōu)化、價(jià)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(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，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(jià)值以及全新的駕駛體驗(yàn)，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(jìng)爭(zhēng)的核心要素，造車的壁壘也由從前的上萬(wàn)個(gè)零部件拼合集成能力演變成將上億行代碼組合運(yùn)行的能力。軟件價(jià)值不斷提升，全球汽車軟件市場(chǎng)將快速增長(zhǎng)。據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，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(dòng)占比從 2010 年的 7%增長(zhǎng)到 10%，預(yù)計(jì) 2030 年軟件驅(qū)動(dòng)的占比將達(dá)到 30%。從規(guī)模上來(lái)看，全球汽車軟件市場(chǎng)規(guī)模將從 2020 年的 350 億美元增長(zhǎng)到 840 億美元，未來(lái)將有巨大的空間。
競(jìng)逐智能化下半場(chǎng)，軟件及計(jì)算能力成為新時(shí)代下汽車的核心。智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化、共享化已成為汽車產(chǎn)業(yè)變革的必然趨勢(shì)，汽車產(chǎn)品逐步由傳統(tǒng)代步機(jī)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(shì)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(huì)上表示：“電動(dòng)化是上半場(chǎng)，智能化是下半場(chǎng)。智能化是更大的變革，創(chuàng)造的生態(tài)超乎想象?！痹陔妱?dòng)汽車時(shí)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(gè)汽車時(shí)代軟件決定了汽車競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，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(jì)算和軟件成為了汽車的核心。可以預(yù)見的是，未來(lái)汽車智能化將成為各大車廠競(jìng)逐的焦點(diǎn)，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(jí)”成為車企主流策略，未來(lái)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(jí)別，智能駕駛技術(shù)仍在持續(xù)迭代升級(jí)中。汽車產(chǎn)品具備較長(zhǎng)的生命周期，一般為 5-10 年，車載計(jì)算平臺(tái)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(jí)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(cuò)位。為保證車輛在全生命周期內(nèi)的持續(xù)軟件升級(jí)能力，主機(jī)廠在智能駕駛上采取“硬件預(yù)置，軟件升級(jí)”的策略，通過(guò)預(yù)置大算力芯片，為后續(xù)軟件與算法升級(jí)優(yōu)化提供足夠發(fā)展空間。以蔚來(lái)、智己、威馬、小鵬為代表的主機(jī)廠在新一代車型中均將智能駕駛算力提升至 500-1000Tops 級(jí)別。
我國(guó)智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度領(lǐng)先世界，L3 及以上級(jí)別自動(dòng)駕駛落地有望為行業(yè)帶來(lái)更大機(jī)遇。在巨大的消費(fèi)需求推動(dòng)下，我國(guó)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(dòng)的生態(tài)環(huán)境，并且推動(dòng)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(guó) 2020 年智能座艙新車滲透率達(dá)48.8%，且到 2025 年預(yù)計(jì)可以超過(guò) 75%，無(wú)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(guó)自動(dòng)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(lái)高算力芯片的問(wèn)世加速了智能汽車向更高級(jí)別自動(dòng)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(shí)現(xiàn) L3 自動(dòng)駕駛的算力需達(dá) 20-30TOPS，到 L4 級(jí)需要 200TOPS 以上，可見當(dāng)前芯片算力方面已為 L3 及更高級(jí)別的自動(dòng)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(jí)別有條件自動(dòng)駕駛乘用車有望在 2023 年開始逐步落地。結(jié)合我國(guó)新勢(shì)力車企對(duì)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(jí)別自動(dòng)駕駛發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，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(jī)遇。1.2 軟硬件解耦帶動(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)也要修改車內(nèi)電線、線束布線等，功能或系統(tǒng)升級(jí)的復(fù)雜性極大，車企集成驗(yàn)證更為困難。若要實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的功能，則需要多個(gè)控制器同時(shí)開發(fā)完成才能進(jìn)行驗(yàn)證，一旦其中任意一個(gè)控制器出現(xiàn)問(wèn)題，可能導(dǎo)致整個(gè)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(wú)法復(fù)用，無(wú)法統(tǒng)一。同時(shí)，OTA 外部開發(fā)者無(wú)法對(duì) ECU 進(jìn)行編程，無(wú)法由軟件定義新的功能，以進(jìn)行硬件升級(jí)；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(gè) ECU 完成，其軟件開發(fā)工作主要是由 Tier1 完成。主機(jī)廠只做集成的工作，這也導(dǎo)致過(guò)去大部分主機(jī)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(jī)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(lái)智能汽車產(chǎn)品的開發(fā)需求，同時(shí)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(jì)算架構(gòu)轉(zhuǎn)變，而集中化的 EE 架構(gòu)是實(shí)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(tái)化。分布式軟件架構(gòu)是一種面向信號(hào)的架構(gòu)，控制器之間通過(guò)信號(hào)來(lái)傳遞信息，整個(gè)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(jī)廠要修改或增加某個(gè)控制器的功能定義，同時(shí)該指令還必須調(diào)用另一個(gè)控制器上的功能時(shí)，就不得不把所有需要的控制器都升級(jí)，大大延長(zhǎng)開發(fā)周期、增加開發(fā)成本。此時(shí)，軟硬件高度嵌套，硬件之間難以形成較強(qiáng)的協(xié)同性，汽車軟件的可復(fù)用性和 OTA 升級(jí)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(jì)算平臺(tái)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(tái)需要提供更為強(qiáng)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(tái)、基礎(chǔ)軟件平臺(tái)以及各類應(yīng)用軟件的新型研發(fā)組織形態(tài)。為實(shí)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(jí)。過(guò)去汽車軟件架構(gòu)更多是面向信號(hào)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊變得十分復(fù)雜，且不具備靈活性和擴(kuò)展性，微小的功能改動(dòng)都會(huì)引起整車通訊矩陣以及各 ECU 軟件的變動(dòng)。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(shí)也是一種軟件設(shè)計(jì)方法和理念，其具備接口標(biāo)準(zhǔn)化、松耦合、靈活易于擴(kuò)展等特點(diǎn)：1> 首先，在 SOA 架構(gòu)中每一個(gè)服務(wù)都具有唯一且獨(dú)立互不影響的身份標(biāo)識(shí)（ID），界定了清晰的功能范圍，并通過(guò)服務(wù)中間件（Service Middleware）完成自身的發(fā)布、對(duì)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(gè)別功能增減/變更而導(dǎo)致整個(gè)通訊矩陣與路由矩陣都要變更的問(wèn)題。同時(shí)，SOA 架構(gòu)中每一個(gè)服務(wù)組件接口都是“標(biāo)準(zhǔn)可訪問(wèn)”的，服務(wù)組件的設(shè)計(jì)、部署不再依賴于具體特定的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言，同樣的組件/功能可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口在不同的車型上實(shí)現(xiàn)復(fù)用，實(shí)現(xiàn)組件的“軟硬分離”。
2> 在智能汽車時(shí)代，軟件的迭代周期越來(lái)越短，獨(dú)立于硬件的軟件升級(jí)是持續(xù)為客戶提供價(jià)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(wèn)，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(wú)需再對(duì)底層算法甚至各個(gè) 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(diǎn)，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(jī)廠開始重視軟件能力的構(gòu)建，通過(guò)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(qiáng)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(bǔ)充或升級(jí)，建立起了平臺(tái)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(jí)。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(shí)車廠開始繞過(guò)傳統(tǒng)一級(jí)供應(yīng)商，直接與原有的二級(jí)供應(yīng)商（芯片、軟件算法等廠商）合作。在軟件定義汽車時(shí)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(huì)選擇直接與具備較強(qiáng)的獨(dú)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(lái)，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(tái)收許可費(fèi)、供應(yīng)功能模塊按 Royalty 收費(fèi)及定制化的二次開發(fā)等方式或成為主流打法。主機(jī)廠紛紛布局 SOA軟件架構(gòu)的開發(fā)，未來(lái)幾年內(nèi)或迎來(lái) SOA量產(chǎn)的高峰期。當(dāng)前大部分OEM主機(jī)廠仍處于硬件架構(gòu)升級(jí)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)?；瘧?yīng)用，汽車軟硬件解耦也處于發(fā)展初期，現(xiàn)階段主機(jī)廠紛紛將底層基礎(chǔ)軟件（系統(tǒng)軟件層）作為發(fā)展重點(diǎn)。從長(zhǎng)期來(lái)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(jī)的軟件分工模式。車企可通過(guò)自建或與供應(yīng)商合作搭建操作系統(tǒng)和 SOA 平臺(tái)，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(lái)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(jī)廠紛紛布局 SOA 軟件架構(gòu)的開發(fā)，未來(lái)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(bào)告：智能汽車深度系列之汽車軟件的星辰大海
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