軟件定義汽車駕到，產業(yè)拐點即將來臨！

汽車行業(yè)正在經歷大規(guī)模的數(shù)字化轉型，這一轉變的特點是從傳統(tǒng)的車輛架構過渡到軟件定義汽車（SDV），這是一種重新構建汽車結構和功能的模型。軟件定義的車輛是由軟件和硬件組件協(xié)同工作，以提供卓越的功能、連接和增強的用戶體驗。

隨著汽車普及率越來越高，相信很多人都曾有一個愿望或夢想，那就是能否開上一輛能適應自己偏好和需求的汽車。

如今，SDV給出了答案：在不久的將來，借助SDV技術，你可以像定制智能手機一樣定制你的汽車，并且通過下載軟件就能更新汽車的功能和特性。這樣的汽車你會喜歡嗎？

軟件定義汽車的好處

隨著硬件的日益標準化以及技術差距的縮小，汽車行業(yè)正在經歷與智能手機或電腦類似的發(fā)展過程，即產業(yè)從硬件升級到軟件開發(fā)的轉變。

這個變化意味著車輛的服務領域，如ADAS、導航、連接、HMI或電氣化，將通過中央計算機運行，由汽車操作系統(tǒng)和通過數(shù)字駕駛艙啟用的人工智能服務進行管理和控制，車輛將更加智能。為此，汽車制造商們紛紛加緊開發(fā)自己的操作系統(tǒng)，或在操作系統(tǒng)開發(fā)上與合作伙伴密切合作。

特斯拉自進入汽車行業(yè)以來，一直堅持開發(fā)并使用自有車輛操作系統(tǒng)，上市的汽車也是軟件定義的架構。

近日，半導體企業(yè)高通公司宣布加入兩個聚焦軟件定義汽車的聯(lián)盟：Eclipse基金會的軟件定義汽車工作組以及面向嵌入式邊緣的可擴展開放架構（SOAFEE）特別興趣小組。

作為公司“開發(fā)者優(yōu)先”戰(zhàn)略的一部分，高通將大力推動基于開放標準的SDV技術的開發(fā)與普及，為全球汽車原始設備制造商（OEM）和一級供應商（Tier-1）構建SDV平臺奠定基礎。多家市場分析機構預測，2025年將是軟件定義汽車（SDV）在全球普及的轉折點。

在汽車行業(yè)，軟件定義車輛有三個顯著的影響：

◆ 一是網絡功能與專有硬件設備脫鉤，實現(xiàn)車輛在物理和數(shù)字上的并行開發(fā)，由軟件決定車輛的差異化；

◆ 二是將軟件與硬件解耦，可以在車輛的整個使用壽命內快速、持續(xù)地開發(fā)新功能和更新軟件；

◆ 三是實現(xiàn)車輛軟件的商業(yè)化，使得車輛的生命周期和價值周期擴大。

具體到汽車制造商和消費者，軟件定義車輛帶來的好處更加多樣化，主要體現(xiàn)在：

改善客戶體驗

SDV可以為客戶提供更個性化、更方便、更吸引人的功能和服務，如駕駛員輔助、信息娛樂、連接、移動性等，消費者甚至還可以根據(jù)自己的偏好和需求定制車輛。

增強產業(yè)鏈的合作創(chuàng)新

SDV可以更快、更容易地開發(fā)和部署新特性和功能，還可以促進汽車生態(tài)系統(tǒng)中不同利益相關者如OEM、供應商、軟件開發(fā)商、服務提供商等之間的合作與整合。

高效率添加新功能的能力

SDV可以有效降低硬件組件和系統(tǒng)的復雜性和成本，還可以通過使用軟件算法和數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化車輛的性能和能耗。借助空中傳送（OTA，Over-the-Air）技術，即便是汽車出廠后，制造商依然能夠通過軟件更新提高車輛性能，不斷改善駕駛體驗。

僅此一點就代表了汽車行業(yè)有史以來重大的范式轉變，因為硬件定義的汽車在其整個生命周期中這些參數(shù)是保持不變的。有了遠程執(zhí)行軟件更新的能力，制造商可以在不召回車輛的情況下解決任何缺陷或引入新功能。

增強安全性

SDV可以通過使用加密、身份驗證和其他軟件技術來提高車輛的安全性，還可以通過使用OTA更新和云服務來檢測和防止網絡攻擊。此外，通過遠程信息處理和診斷能夠深入了解車輛性能，實現(xiàn)更有效的預防性維護。

自動駕駛是目前汽車行業(yè)炙手可熱的話題，究其根本，它面臨的主要是軟件方面的挑戰(zhàn)。雖然自動駕駛硬件系統(tǒng)依賴于一套不同的傳感器，包括攝像頭、雷達、激光雷達和其他傳感器，但若實現(xiàn)自主駕駛還需要使用基于人工智能和機器學習（AI/ML）開發(fā)的復雜道路行為模型，對加速、制動和轉向等核心駕駛功能進行完全控制。

隨著新功能和安全改進的出現(xiàn)，自動駕駛也需要定期更新軟件，而SDV可以實現(xiàn)這一點。

軟件定義汽車中的關鍵技術

回顧汽車行業(yè)過去七十多年的發(fā)展軌跡，我們看到了這樣的變化：1948年的一輛汽車大約包含50根電線、40米的電纜，沒有半導體器件或軟件。今天，一輛高端汽車幾乎采用了3,000多根電線和2-3千米或3-5千米的電纜，超過1億行的代碼，這些代碼數(shù)量比許多現(xiàn)代飛機甚至整個社交媒體網站都要多。

預計未來的汽車需要的軟件量將是現(xiàn)在的4到5倍。這也是為什么很多專家稱未來的汽車為“車輪上的數(shù)據(jù)中心”。隨著電動汽車（EV）的興起、電氣/電子（E/E）架構的變化以及代碼數(shù)量的激增，汽車行業(yè)正在經歷一場大變革，汽車制造商們開始重新思考或正在構建新的汽車電氣架構，目標就聚焦在SDV上。

那么，一輛軟件定義的車輛將包含那些關鍵部件呢？

集中式計算平臺

SDV依靠強大的集中式計算平臺來管理和協(xié)調各種車輛子系統(tǒng)。這些平臺能夠實時處理來自傳感器、執(zhí)行器和其他車載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以做出智能決策并優(yōu)化車輛性能。

高速網絡

為了支持SDV的高帶寬和低延遲要求，車輛采用了以太網、5G和V2X通信等先進網絡技術。這些技術實現(xiàn)了車輛子系統(tǒng)之間的無縫通信，并促進了與外部設備和基礎設施的連接。

OTA功能

SDV的關鍵功能之一是能夠通過空中傳送接收軟件更新，從而在不需要物理干預的情況下持續(xù)改進和部署新功能。這將有助于車輛保持技術和功能的更新，并確保在整個生命周期內保持車輛的安全可靠。

模塊化軟件架構

SDV利用模塊化軟件體系結構，如微服務和容器化，實現(xiàn)新應用程序和服務的快速開發(fā)和部署。這種方法有利于汽車制造商集成第三方軟件，為車輛提供豐富的應用程序和生態(tài)系統(tǒng)。

軟件定義汽車開發(fā)平臺

SDV是汽車行業(yè)的一種新范式，它的架構設計是靈活、可擴展和模塊化的，允許新技術的集成和車輛系統(tǒng)隨時間的發(fā)展不斷更新。

NXP的軟件定義車輛駕駛平臺將實時計算、網絡和連接以及電氣化解決方案結合在一起。該公司的S32汽車計算平臺是一個安全、可擴展的平臺，具有可重復使用的硬件和軟件，具有空中傳送（OTA）更新和內置安全功能。其中包含：用于車輛網絡的S32G3和S32G2處理器、用于域和區(qū)域控制的安全可靠的高性能S32Z2實時處理器。

為了加快OEM的產品研發(fā)進程，在硬件方面，NXP推出了S32G3汽車網絡參考設計S32G-VNP-RDB3，這是一款緊湊型、高度優(yōu)化的集成板，適用于汽車服務型網關（SoG）、域控制應用、高性能處理、功能安全和信息安全應用。

S32G-VNP-RDB3基于八核Arm Cortex-A53內核（具有可選的鎖步內核對）和四核、雙核Arm Cortex-M7鎖步內核，提供高性能計算能力和豐富的輸入/輸出（I/O），具有較高的計算、實時網絡性能、多千兆數(shù)據(jù)包加速功能和安全性。

圖1：NXP S32G3汽車網絡參考設計S32G-VNP-RDB3（圖源：NXP）

在軟件方面，NXP的S32G汽車集成參考平臺GoldVIP集成了該公司標準的和參考軟件，以及開源的和第三方軟件，提供了一個評估、開發(fā)和快速原型設計平臺，可加快S32G硬件評估、軟件開發(fā)和快速原型設計工作。

此外，GoldVIP還包括圖形用戶界面、用于評估實時用例、實時資源監(jiān)控和安全的云連接，以及支持OTA更新、AUTOSAR環(huán)境、云服務以及入侵偵測與防御（IDPS）安全功能等合作伙伴集成。

圖2：S32G GoldVIP平臺集成了其標準和參考軟件以及開源和第三方軟件（圖源：NXP）

高通公司（Qualcomm）近期推出的Snapdragon Ride Flex SoC，是一款汽車中央計算解決方案，它支持OEM和整個SDV生態(tài)系統(tǒng)的下一代SDV解決方案。

Snapdragon Ride和Snapdragon Cockpit平臺構成了車內高性能計算平臺，F(xiàn)lex SoC是新添加的平臺，具有異構計算性能，能夠在同一SoC上托管靈活的混合關鍵工作負載，是可擴展的集中式計算解決方案的理想選擇。

此外，高通還提供了SDV開發(fā)所需的相應的云內基礎設施組件，如SoC虛擬平臺。

Snapdragon Ride和Snapdragon Cockpit平臺由Snapdragon Auto Connectivity平臺補充，該平臺為汽車提供了一流的5G連接，提供了對邊緣和云資源的低延遲高吞吐量訪問，實現(xiàn)了獨特的V2V和V2X用途。

重要的是，Snapdragon車載云管理平臺可以提供OTA更新、SoftSKU等服務，加速了OEM實現(xiàn)SDV解決方案的進程。

圖3：Snapdragon Ride Flex SoC功能框圖（圖源：Qualcomm）

貫穿SDV整個生命周期的OTA

對于軟件定義的車輛而言有兩大改變：一是車輛中軟件（包括電子硬件）的數(shù)量和價值超過機械硬件；二是汽車從高度機電化的終端逐步向智能化、可擴展、可不斷升級的移動電子終端轉變。為了成為這樣的智能終端，車輛在標準操作程序（SOP）之前預先嵌入了先進的硬件，這些硬件的功能和價值將在整個生命周期中通過OTA系統(tǒng)逐漸激活和增強。

OTA是一種通過移動通信網絡對汽車的零部件終端上固件、數(shù)據(jù)及應用進行遠程管理的技術。

當前使用的OTA技術主要有兩種：

● 一種是固件在線升級FOTA（Firmware-Over-the-Air），這種技術通常無需改變車輛原有配件，通過寫入新的固件程序，即可對擁有聯(lián)網功能的設備包括車輛的發(fā)動機、電機、變速箱、底盤等進行升級。

●另一種是軟件在線升級SOTA（Software-Over-the-Air），是指在操作系統(tǒng)的基礎上對應用程序進行升級，常用于UI界面、車載地圖、娛樂系統(tǒng)更新操作界面等應用程序。

在汽車行業(yè)，OTA大幅降低了車輛功能更新和安全維護的成本，對客戶和4S店來說實施起來沒有太大的困難。OTA軟件更新功能越來越重要，向SDV的過渡使OTA軟件平臺更有價值，功能也在不斷增強，市場規(guī)模逐漸擴大。

根據(jù)Maximize Market Research的預測，2022年，汽車OTA市場規(guī)模約為330億美元，預計2023年至2029年，市場將以13.72%的速度實現(xiàn)增長，至2029年達到近813億美元。

從本質上講，OTA是SDV從設計、開發(fā)到制造的核心技術。汽車OEM紛紛嘗試在已有或未來的車型中增加OTA功能。HARMAN公司的OTA是業(yè)界非常優(yōu)秀的整車管理軟件方案，它使汽車制造商和Tier-1能夠安全地管理所有車載軟件組件，包括主機、TCU（遠程通信控制單元）和ECU（電子控制單元）上的固件、應用程序、配置、設置和地圖，從而適應不斷發(fā)展的市場。

在OTA市場，初創(chuàng)公司的發(fā)展勢頭也很猛。以Sibros為例，這家成立于2018年的公司，風險投資額超過8,500萬美元，谷歌和高通等主要汽車相關公司都是它的投資方。Sibros為其OTA平臺建立了一個橫跨硬件、硅和云軟件領域的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)。

目前，Sibros擁有來自10多家合作伙伴供應商的預集成硬件工具包，這些產品已準備好在客戶原型評估和驗證工作中即插即用。

SDV趨勢下的價值鏈重組和挑戰(zhàn)

過去，客戶對汽車的體驗和感受主要由硬件來定義。未來，軟件將從中扮演更重要的角色。這種軟件大規(guī)模塑造客戶體驗的趨勢，不僅影響汽車產業(yè)的開發(fā)和運營，而且很可能顛覆現(xiàn)有的商業(yè)模式和合作類型。

以智能網聯(lián)汽車為例，伴隨著以軟件為導向的產業(yè)轉型，產業(yè)鏈從上到下可分為純軟件層、基礎軟件層、工具軟件和電子硬件堆棧。從價值鏈角度來看，價值鏈兩端的應用和算法軟件以及軟件密集型電子硬件具有相對較高的工業(yè)附加值，并將成為主機廠、零部件企業(yè)和科技公司關注的焦點。

面向軟件并不意味著硬件可以忽略不計。相反，硬件是軟件執(zhí)行其功能的重要載體。特別是軟件密集型電子硬件和半導體硬件將在產業(yè)鏈上帶來更大的附加值和更多的利潤。去年，全球汽車行業(yè)開始了以軟件為導向的轉型。

與過去的轉型不同，成本和風險分擔的“聯(lián)盟模式”被進一步打破，逐漸被垂直整合模式所取代。此外，轉型空前深化，甚至延伸到原始設備制造商的產品研發(fā)流程、組織結構和供應鏈網絡。

SDV是汽車行業(yè)的一種新興趨勢，Precedence Research預計，軟件定義汽車市場目前的業(yè)務價值約為356億美元，預計到2032年將以19.47%的速度增長，達到2,108.8億美元左右。

SDV的發(fā)展并非沒有挑戰(zhàn)。要成功實施SDV，汽車行業(yè)面臨諸多技術和監(jiān)管方面的障礙。主要體現(xiàn)在五個方面：

一、軟件的復雜性

SDV需要高水平的軟件工程專業(yè)知識和質量保證，它還涉及管理大量數(shù)據(jù)，并確保不同軟件組件和系統(tǒng)之間的互操作性。

二、軟件架構的更新

SDV需要一個強大且可擴展的軟件架構，可以支持不同的硬件配置、軟件模塊、云服務等。

三、軟件的生命周期管理

SDV需要一個持續(xù)而敏捷的軟件開發(fā)過程，以適應不斷變化的市場需求。另外，還要有一個可靠和安全的OTA更新機制，以便在不損害車輛安全或功能的情況下提供軟件更新。

四、軟件的監(jiān)管

在整個開發(fā)過程中，SDV要有一個一致性的監(jiān)管框架，定義SDV生態(tài)系統(tǒng)中每個參與者的角色和責任。

五、硬件和軟件的解耦

過去，車輛的軟件和硬件是緊密結合在一起的，功能是與底層硬件一起開發(fā)和實現(xiàn)的，組件之間的依賴性使得更新單個軟件功能變得困難甚至不可能。這也是軟件定義汽車目前面臨的非常大的障礙。

從以硬件為主向軟件定義汽車的轉型將是未來5-10年推動汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在向軟件定義汽車轉型的過程中，傳統(tǒng)汽車制造商將面臨多重困難和挑戰(zhàn)。而芯片供應商、軟件供應商和互聯(lián)網公司等新的汽車行業(yè)參與者將迎來新的發(fā)展機遇，高通、英偉達和Blackberry QNX等技術供應商的深度參與就印證了這一說法。

隨著單個汽車零部件數(shù)量的減少，對軟件、云和OTA更新的增加，以及新的科技公司競爭對手的出現(xiàn)，博世和大陸集團等傳統(tǒng)Tier-1的角色和產品將發(fā)生變化。汽車OEM的目標將不再是利用車輛中不斷增加的顯示器，使所有設備同步、更新和集成，而是更加關注車輛的智能化以及上市后車輛功能的升級，軟件功能將成為他們產品差異化的重要體現(xiàn)。

SDV是一項關鍵技術，它讓傳統(tǒng)的汽車產業(yè)跨入了一個新時代。目前，許多汽車OEM已經公布了他們的戰(zhàn)略發(fā)展路線圖。通用汽車宣布將于2023年過渡到其Ultifi平臺。Ulitifi是位于通用汽車車輛智能平臺（VIP）之上的端到端軟件平臺，將允許在下一代車輛中使用軟件定義的功能。2023年，Ulitifi平臺將出現(xiàn)在全球29款通用汽車車型中。

早在2020年，梅賽德斯-奔馳公司就宣布將用MB.OS操作系統(tǒng)取代原有的MBUX，這是對其MBUX用戶界面的一次重大改革。新的MB.OS將是數(shù)據(jù)驅動的，并可靈活更新。2024年，MB.OS將在新款緊湊型汽車MMA平臺上的車型開始實施。

結語

SDV并不是一個全新的概念。事實上，如今的汽車已經擁有數(shù)百萬行代碼和數(shù)十個電子控制單元（ECU），這些單元控制著汽車的各個方面，如發(fā)動機、變速器、制動器、信息娛樂、導航等。只不過，SDV通過將軟件作為汽車設計和開發(fā)的核心元素，將其設計理念和開發(fā)平臺提升到了一個新的水平。

軟件至上的設計有助于汽車OEM生產出經得起未來考驗且易于控制的汽車。軟件定義的車輛通過解耦硬件和軟件功能，重新定義了車輛的架構。利用先進的計算平臺、虛擬化技術和OTA更新，SDV讓靈活和可升級的車輛系統(tǒng)成為可能。

產業(yè)鏈上的所有企業(yè)都應該進行徹底的評估并做出前瞻性規(guī)劃，以便在新的產業(yè)轉型中找到合適的路徑來保持主動權。在向數(shù)字化轉型過程中，汽車行業(yè)正在經歷一場重大變革，軟件定義汽車將成為重塑汽車產業(yè)格局新的里程碑。

來源：貿澤電子