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智能時代,中國汽車軟體“群體崛起”,成晶片生态核心 | 老兵戴輝

小小病毒太猖狂。現在成功搞個大會,就像是中了個大獎。

首屆集微汽車半導體生态峰會因為疫情推遲兩次,終于在2021年的12月24日于上海浦東得以完成。事不過三。老杳認為:生态很重要。

科技老兵戴輝最大的感受就是:智能時代到來後,中國汽車軟體和世界先進水準基本同步,即可幫助汽車業擴大銷售,又可帶動晶片産業的發展。有芯還要有“靈魂”,魂就是操作軟體、中間件(如SOA面向服務的架構)和廣泛的應用軟體。

一、“軟體定義汽車”時代到來!

“軟體定義汽車”的說法已經甚嚣塵上了!預計到2030年中國軟體定義汽車市場規模将突破823億美元。

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圖注:上汽零束科技梅近仁介紹“軟體定義汽車”時代

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圖注:誠邁科技葉麗偉介紹智能汽車軟體

智能化時代到來,這是一場技術革命,中國汽車業赢得了彎道超車的寶貴機遇。中國本土汽車軟體産業功不可沒。

說起來很有意思,通信老兵戴輝研究曆史,發現手機對汽車行業的影響很大。

06年開始,山寨機時代興起,聯發科和展訊推動了TURNKEY SOLUTION提供了一攬子軟硬體解決方案,國内也随之有了手機作業系統軟體産業。3G/4G興起後,高通充分借助了中國成熟的手機底層軟體産業,搞了QRD(高通參考設計),也提供一攬子手機解決方案。

高通從2014年開始跨界進入汽車智能座艙領域,2014年1月高通推出其第一代汽車智能座艙平台骁龍602A。當時的市場上,座艙電子技術比較Fragmented(支離破碎)。高通采用了手機業成功經驗,選擇和中國軟體産業戰略合作,提供了智能座艙的一攬子軟硬體解決方案,大大推動了智能座艙産業的發展。本土汽車軟體産業一起獲得快速發展并走向世界。參加本次峰會的誠邁科技便是中國手機和汽車底層軟體的代表公司,見證了這個時代。

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高通孫剛認為:中國車廠的強勢崛起,實際上跟手機崛起有相似之處。現在新技術的演進速度越來越快,而且中國車廠速度要快于歐美車廠。中國市場有一個鮮明的特點,即車廠衆多、需求衆多、疊代快速,如在汽車通訊上,4G技術從2012年推出後的2-3年,采用這一技術的車廠隻有兩家;而當5G推出後的兩三年,已在超過18家車廠中得到上車,其中大多數為中國車廠。

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圖注:高通孫剛介紹汽車半導體戰略

未來30年是萬物互聯的時代。在這個時代裡,基于原來通訊和計算領域(所謂ICT科技)的晶片技術,可以衍生出很多産品,車載正是其中的細分市場之一。安謀(ARM)、高通、華為等的發展曆史都是如此。

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圖注:安謀科技(ARM)在大陸研發NPU(神經網絡單元)

國産汽車SoC(系統級晶片)在積極追趕,也很注重與本土軟體生态的合作。芯馳CEO仇雨菁曾介紹,對SoC晶片而言,要想成功,光做晶片遠遠不夠,還需要建構軟硬體生态。以軟體為例,圍繞晶片的第一層是作業系統,往外延展是中間件,再往外延展是算法,如語音算法、導航算法、DMS算法、ADAS自動泊車算法等。晶片公司要将這些細節都進行适配,客戶直接使用,就可以快速實作量産。

汽車上的人工智能軟體則是另外一個領域,最早做起來的是MOBILE-EYE(現在屬于INTEL),成功政策是軟體和晶片耦合(目前已經開放)。本次參加峰會的縱目科技和魔視智能業等AI軟體公司,利用本土海量資料深度學習,提供了上面芯馳提到的DMS(駕駛員監測)與ADAS(高階輔助駕駛)等軟體,而且符合目前主流的軟硬體分離政策。

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圖注:黑芝麻楊宇欣表示,晶片成功需要完整的生态,黑芝麻采用軟硬體分離政策

曾長期在手機設計公司工作的愛集微陳雲榮認為,這和當年聯發科/展訊做山寨手機SoC起家一樣,本土汽車SoC也有望和國内先進的軟體能力合作而突圍成功。

汽車半導體生态峰會上,好幾家公司都不約而同地秀出了一張類似的車載電子電氣架構演進圖檔。中興通信是傳統ICT(資訊通信科技)廠家,早早進入了手機和車聯網領域,也有同樣的理念。

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圖注:中興通信張效宇講述的電子電氣架構演進圖

傳統汽車采用分布式電子電氣架構,有數十到上百個不同的ECU(電子控制單元)。智能網聯時代到來之後,域集中或者跨越集中式電子電氣架構正在加速來臨,最終将向基于中央計算機的集中式電子電氣架構演進。在這一演進的過程中,軟體始終是不可或缺的關鍵環節。

如同過去幾十年底盤平台化趨勢一樣,國内外汽車巨頭們紛紛推出全新的整車平台和新一代電子電氣(E/E)架構,簡化了傳統整車平台的硬體,并且強調采用軟體打造差異化優勢,從過去圍繞“底盤+動力系統”轉變為以“電子+軟體”為中心并适配不同的底盤和動力系統。

在未來汽車架構當中,域控制器的應用或者進入到中央計算單元的階段,高算力成為基礎。軟體正在日益成為汽車産業鍊新一輪市場争奪戰的中心。

未來的智能汽車可望有多個域,如智能座艙域、智能駕駛域、車身控制/動力域等。域控制器(DCU)作為未來汽車運算決策的中心,其功能的實作主要依賴于主要晶片、軟體作業系統及中間件、應用算法等多層次軟硬體的有機結合。在未來整個汽車電子電氣架構變革中,底層軟體的複雜程度和難度将極大地增長。

OTA商業模式是軟體定義汽車的一大助力。景略半導體鄭聯群以特斯拉新近更新的輪胎磨損檢測功能為例指出,小小的功能更新背後蘊藏着巨大的技術和商業模式變革,去年特斯拉通過OTA模式獲得的營收就超過了10億美元。未來汽車E/E架構會越來越集中,會看到多個SoC晶片負責不同區域的控制和功能,并通過車載以太網進行連接配接,預計高端車型的連接配接節點将超過100個。

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圖注:景略鄭群輝認為,OTA和SOA等新軟體思維,需要衆多的以太網連接配接

很多國際TIER 1(一級供應商)都在大陸設立了研究所并投資國内企業,如博世,重要原因就是大陸的智能汽車和智能化生态發展迅猛。

羅蘭貝格合夥人時帥認為:談到當下的汽車産業,繞不開軟體定義汽車,而軟體定義汽車背後有兩個重要的驅動因素。

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一是車載軟體的內建複雜度大幅提升。由軟體驅動的創新領域包括汽車互聯功能、自動駕駛、動力總成電氣化。

第二大因素是半導體與軟體技術快速創新,例如多核SoC、AI晶片、高性能車載以太網絡,更加服務導向的軟體架構與功能實作,以及雲端內建和網絡安全技術等等,這些科技的發展将帶來未來集中式計算平台和端到端軟體平台的發展,它将降低內建複雜性和成本,并賦能第三方服務實作商業化變現。

總體而言,在軟體定義汽車的技術驅動下,電子電氣架構将引領全新的整車架構與內建,同時,主機廠包括零部件供應商未來将打造支援服務生态的軟體平台。

二、傳統汽車電子控制器(ECU)軟體曆史悠久

汽車是人類文明的結晶。汽車電子是過去幾十年全世界最聰明的腦袋一起開發出來的,汲取了衆多慘痛的交通事故的教訓。

傳統汽車是分立式E/E(電子電氣)架構,一輛車從幾個ECU發展到幾十個甚至100多個ECU(電子控制單元)。MCU(微處理單元)要連接配接各種傳感器,通過彙編語言或進階語言對MCU進行程式設計,軟體和算法是很重要的。

現在國内很多入門級的家用轎車也裝備了ABS、ESP、AEB、胎壓監測等汽車電子安全裝置,拯救了很多生命。西方的TIER 1(一級供應商,标杆是博世)是标杆企業,在國内也有研發和生産基地。

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上汽旗下的零束軟體科技梅近仁回憶,在2000年以前,國産汽車裡的電子部件很少,主要是收音機等,相比國外的汽車業是有很大差距的。2004-05年,國内汽車産業開始引入發動機電噴、自動變速箱、制動系統等技術。為了解決動力總成系統和底盤系統整合,引入了國外的分布式電子電氣(E/E)架構,一輛車裡面的電子控制器也就四五個,還是8位機。後來,ECU數量也逐漸增長起來,應用的MCU除了8位機以外,也有了16位和32位MCU,直到今天。

記得本世紀初,我學車的時候老師還在告訴我們要點刹,06年買第一台車(富康)的時候,就有ABS防抱死制動系統了,緊急刹車就是一腳到底好了!我09年買第二輛車的時候,市場上還沒有聽說ESP(車身穩定系統)這個詞。這個ECU就是10年才由博世發展起來的,是一種主動行車安全措施,可較大程度避免側滑。

ECU是汽車電子的基礎,将在車身、底盤和動力領域長期存在。

新能源汽車的比例在新車中越來越高,2021年達到了20%左右,而2019年還隻有5%。新能源汽車相比傳統燃油車,将采用更多的電子控制單元ECU。

傳統電動車大廠都在自己開發“三電”(電驅、電控、電池管理)的整體電子電氣架構,裡面包含不少的ECU。北汽新能源工程研究院梁海強在峰會上做了簡要介紹。

國内業已開始ECU軟體的研發。舉個例子,2008年,富士通南大研究所就開始搞柴油機電噴系統的研究。2013年,富士通半導體的MCU業務出售,後輾轉歸于英飛淩。曾工作于此的周志華等人于2014年創立南京美均電子開始做ECU的開發,核心就是底層軟體,并适配了瑞薩、恩智浦、英飛淩三大MCU體系,也在對國産MCU進行驗證。其角色是TIER 2,直接客戶主要是TIER 1,最終客戶則是不少國内的車廠。下圖是一個某TIER 1的電子水泵,裡面的控制器由美均電子研制,采用了NXP的16位MCU,核心的工作之一就是寫軟體。國内車廠疊代速度很快,本土企業可以迅速修改軟體來響應。

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圖注:用于電子水泵的控制器(美均電子)

“缺芯”的大背景下,車廠都出于“保供”需要,積極驗證國内晶片。這是一個千載難逢的機遇,國内的汽車晶片也幾乎從0開始,快速進入市場驗證階段。

有些地方安全等級要求不高,如車窗、天窗、座椅、車燈、後備箱、雨刮器、空調、氛圍燈等,無論是軟體還是晶片,國内都在積極導入。

車身、底盤和動力領域,安全等級要求很高,與行車人身安全密切相關,而且主要是用作“控制”。采用的晶片(MCU和傳感器)主要還是來自西方,采用成熟制程,盡管供應很緊張,但隻要出的價格夠高,現貨市場還是可以高價買到。

關于MCU的程式設計,科技老兵戴輝要吹下牛逼。在90年代初就學習了8位單片機(就是MCU)和16位機的彙編語言程式設計,好漢不提當年勇啊。單片機最初在消費電子和工業(如華為徐文偉在程控交換機開發)上廣泛使用,并用到要求更高的汽車領域。

三、上汽零束:全棧解決方案引入SOA中間件

上汽零束配合上汽集團開發了第一代和第三代電子電氣(E/E)架構,加速其對電子架構進行更進一步的融合,為的是把更多的軟體開發轉移到OEM(就是整車廠或主機廠),使OEM疊代速度進一步加快,這也是契合市場需求,因為以前開發一個車型的周期基本要三年,現在基本都控制在大概18個月内。即将推出的智己汽車就已經采用。

零束梅近山的發言中,我最感興趣的是“SOA雲管端一體化軟體平台”。

SOA向下可相容異構OS(如安卓、LINUX、QNX),向上提供應用API(應用程式設計接口),提供了軟體開發IDE環境,實作應用可移動、可插拔,持續打造汽車專屬應用生态,并確定未來的智能網聯汽車可以輕松實作OTA等功能。對最終使用者就是我們這樣的車主而言,則可以實作服務與軟體靈活組合,實作可訂閱式服務,滿足千人千面的使用者需求。

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補一下課。SOA (Service-Oriented Architecture) 的意思是面向服務的架構,這是一種軟體中間件,同時是一種軟體設計的思想,在IT領域有了很多年的發展和應用。通過标準化的服務接口,松耦合的服務機制及可擴充性的服務特性,結合未來以高性能計算平台“域控制器”為核心的集中化電子電氣架構,将成為未來汽車領域“軟體定義汽車”、“科技驅動創新”、“資料驅動服務”的技術基礎。下圖是我找到的大衆車載中央計算機基于多晶片的架構,就是采用SOA軟體結構。

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圖注:大衆汽車的架構SOA在VCC中的實作

四、誠邁科技:為作業系統和中間件等底層軟體提供服務

手機的晶片算力固然重要,但作業系統等底層軟體也非常重要,這個大家都知道,兩者是不可分的。聯發科山寨機晶片的一攬子解決方案奠定了成功經驗。

誠邁科技從本世紀初開始,積極參與聯發科、高通、展訊、海思等推動的手機TURNKEY SOLUTION(一攬子解決方案)的底層軟體業務,并順勢進入了汽車智能座艙領域。智能座艙是智能手機的延伸,是新一代的連接配接和互動方式。

誠邁科技的定位是智能網聯汽車的軟體開發商和服務商,深耕各種作業系統和中間件,解決汽車OEM量産過程中最為複雜的軟體問題,讓主機廠及Tier1專注于汽車本身功能優化以及做好使用者體驗。作業系統及中間件主要負責對硬體資源進行合理調配,以確定各項智能化功能的有序進行。

誠邁科技将運用自身的軟體優勢,将底層中間件和作業系統打通,幫助汽車主機廠大幅縮短開發周期和節約開發成本。

作業系統上,誠邁已經在Android、QNX、AliOS、Linux等OS上深耕多年,也可支援鴻蒙OS。

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圖注:誠邁葉麗偉講述産品線之一的智能座艙業務布局

科技老兵戴輝感慨,以前一顆處理器上隻跑一個作業系統,現在一顆處理器上通過虛拟化層之後,可以同時跑多個不同的作業系統,如QNX(全球最大汽車實時作業系統RTOS)、LINUX、安卓等。16年1月,去拉斯維加斯CES的路上,我鄰座就是QNX大中華區GM張人硯(現大衆問問CEO)。剛剛得到消息,熊新譜(江湖人稱熊大)創立的RT-THREAD也進入了汽車RTOS行列。京華科訊也是國内最早的虛拟化技術企業之一。

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圖注:作者戴輝于渥太華QNX總部外

中間件上,誠邁科技基于主流AUTOSAR協定棧,可提供滿足SOA架構下的AUTOSAR軟體中間件,讓OEM企業不再受困于晶片及底層AUTOSAR軟體的研發和更新維護。

誠邁在汽車軟體生态上超前一步,回過頭來有效地拉動了本土晶片SOC公司的發展,雙方合作甚至超前到晶片設計前期非常重要的SPEC定義之中。

誠邁與寶馬汽車成立了合資公司,進行本土化軟體定制,如适配鴻蒙和ALIOS,并和本土汽車生态連接配接等。

中科創達、東軟睿馳、潤芯微等公司也提供了類似的業務。

五、中興通信:基于核心ICT能力推出GoldenSAR平台總體架構

汽車傳統上以機械為主,IT(資訊科技)和CT(通信)在不斷滲入。高通、華為和中興都是從通信資訊科技進入汽車領域的企業。

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中興在ICT領域有多方面的強大基礎能力,中興也很早就進入了車聯網、汽車、電池等領域。中興于去年初整合内部資源成立了汽車電子業務産品線,并與上汽和一汽等主機廠合作。

峰會上,中興通訊張效宇着重介紹了汽車電子GoldenSAR平台總體架構。

GoldenSAR平台采用分層架構設計思路,包括基礎軟體平台AUTOSR和SOA架構中間件(SOA Framework Middleware);GoldenSAR是分層、開放、可擴充平台,支援OEM和Tier1協同配合開發。

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圖注:中興通訊張效宇介紹産品之一的GoldenSAR

六、人工智能:基于深度學習的進階輔助駕駛系統

百度阿波羅、多家robotaxi公司、華為MDC等展示的都是乘用車無人駕駛。不過,因為種種因素所限,無人駕駛(L4或L5)還需要一些時間。 國内造車新勢力緊追特期拉,也推出了類似“輔助自動駕駛”的功能,都隻說自己是L2.99(依然需要駕駛員控制)。

有意思的是,市場上出現了一批新興創業公司,提供高階輔助駕駛技術,支援傳統乘用車與商用車、工具車等實作程度不一的進階輔助駕駛(ADAS)功能。

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圖注:縱目科技唐縱介紹輔助駕駛和自動駕駛業務

縱目科技是一家自動駕駛和進階駕駛輔助系統(ADAS)産品及技術的提供商,基于泊車算法能力、毫米波雷達、超級波雷達、攝像頭及完整的系統設計能力,依據終端客戶不同訴求,建立不同業務場景,對産品與晶片進行深度整合,開發行車、泊車、行泊一體的智能駕駛應用方案。

魔視智能虞正華也出席了峰會,魔視智能是”嵌入式人工智能自動駕駛賦能者”,目前階段面向乘用車和商用車的量産車提供了基于攝像頭和雷達的感覺技術方案,幫助車輛實作車道偏離預警、前向碰撞預警、緊急制動、自動泊車等進階駕駛輔助功能,并向L4自動駕駛持續更新。

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圖注:魔視智能虞正華(中)與愛集微陳雲榮及作者戴輝

人工智能發展曆史也很有意思。94年我在東大圖像室做畢業設計,有老師就在用模式識别的方法做印刷體數字和染色體的識别。大概是2010年,TI的攝像頭晶片裡內建了車牌号碼識别算法,基于DSP。後來,海思的攝像頭晶片裡內建了北大趙勇教授團隊開發的車牌号碼識别算法,采用更加廉價的ASIC方式,基于模式識别和特征分析的基本原理。很多公司看起來是硬體或裝置,其實核心是軟體算法,如本人顧問的明銳理想AOI,就服務于特斯拉寶馬豐田博世以及比亞迪等國内大廠。

随着算力大大提升,深度學習(deep learning)在北美獲得突破,2015年GPU大會、2016年CES,科技老兵戴輝見證了這個偉大的技術革命。遺憾的是,沒有買股票,我和一同與會的朱俊都扼腕痛惜。

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圖注:2015年,作者戴輝通路英偉達

以色列MOBILE-EYE是最早在ADAS領域起家的公司,後為INTEL私有化收購。成功政策是強調軟體和晶片捆綁,并要對行車資料進行分析,進入了大部分主流車廠。特斯拉采用MOBILE-EYE進入市場後,開始自研,并成為很多車廠的趨勢。痛定思痛,MOBILE-EYE近來也表示将解耦,開啟開放之路,并将重新獨立上市。

人工智能也在中國大陸風起雲湧,包括安防人臉識别、美顔手機、汽車輔助駕駛等領域。大量涉及隐私的資料在本土産生,在本土進行深度學習也成為了必然。

中國大陸的ADAS軟體企業群體崛起,服務中國大陸的本土汽車産業。從事ADAS業務的還有業界戲稱為大小眼的MAXIEYE和MINIEYE,以及中科慧眼等一批優秀的公司。

在算力和深度學習算法的基礎之上,資料和應用成為了人工智能發展的核心,而這在中國是不缺的。

七、結語

本次峰會中,上汽、北汽、本土晶片和生态的供應鍊夥伴一起閉門交流,有了這張難忘的合影。

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圖注:汽車供應鍊交流會議部分與會人員合影

讓我們張開懷抱擁抱這智能時代,有歌《男兒當自強》唱到:

傲氣面對萬重浪

熱血像那紅日光

膽似鐵打 骨如精鋼

胸襟百千丈 眼光萬裡長

我發奮圖強 做好漢

做個好漢子 每天要自強

熱血男兒漢 比太陽更光

讓海天為我聚能量

去開天辟地

為我理想去闖

(校對/範蓉)

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