車載芯片和操作系統的機遇與挑戰

文 / 本刊記者 鄭雪芹

汽車電子電氣架構正在從分布式向跨域集中式轉變，其中車規級芯片的發展成為汽車產業轉型升級的關鍵，并由此帶來車用操作系統技術架構、核心技術、軟件開發模式等全面變革。

“汽車操作系統‘芯’發展”主題論壇現場

2023 年11 月3 日，2023 中國汽車軟件大會在上海嘉定舉辦。本屆大會以“聚軟件之力，創數智未來”為主題，由中國汽車工業協會主辦，中德智能網聯汽車推廣應用中心、上海智能汽車軟件園共同承辦，中國汽車工業協會軟件分會、智能網聯汽車分會和中國汽車工程學會汽車基礎軟件分會協辦。緊扣新時代汽車產業高質量發展和汽車軟件發展要求，本次會議設置了“1 場大會論壇+4 個主題論壇”，旨在打造汽車軟件領域開放、高端、權威的交流與溝通平臺。其中，在“汽車操作系統‘芯’發展”主題論壇上，眾多業內專家、企業高層齊聚一堂，共同探討汽車產業深度變革給車載芯片與車用操作系統帶來的機遇和挑戰，共享核心部件的研發成果和經驗，為產業發展貢獻智慧力量。

軟硬一體化是大勢所趨

當前，在面向汽車智能化和電子電氣架構的持續革新中，以車規芯片和汽車基礎軟件為代表的汽車基礎軟硬件在產業升級中占據著重要地位。然而，我國汽車基礎軟硬件核心技術和典型產品嚴重缺失，已嚴重制約了我國汽車電子產業的快速發展。

電子科技大學嵌入式軟件工程中心主任羅蕾認為，智能網聯汽車的電子電氣架構正從分布式架構向中央集中演進，并進一步向“車、路、云”協同方向發展，面臨多種技術挑戰。既需要高實時和高帶寬的主干通信網絡，又需要高性能、高實時支持異構多核的軟硬件平臺。在此基礎上，構建滿足軟件定義下的SOA軟硬件一體化平臺成為大勢所趨。

中汽創智平臺軟件開發部副總經理嚴俊杰認為，未來車用操作系統會成為整個汽車產品的核心底座，大家都在布局整個生態的建設，打造屬于自己的汽車產品的軟件生態。可以預見，智能汽車整體發展是依托硬件的支撐、軟件的提升，以及生態共建的趨勢向前發展的。在發展過程中，軟件的復雜度和開發難度在逐年增加，其中難度最大的是全棧自研。嚴俊杰建議大家一起齊心協力，構建智能汽車協同發展的生態。

為更好地應對挑戰，中國汽車工業協會副秘書長楊中平建議，產業鏈上下游企業要堅持“抱團取暖”的方式參與市場競爭。一方面需要整車和零部件供應商企業保持戰略定力，當前中美技術和產業領域摩擦和博弈的局面不會根本改變，對這種情況要有清醒的認識，堅定信心與汽車軟硬件企業開展聯合攻關。另一方面也需要汽車軟硬件企業著眼長遠，下定決心盡早布局關鍵領域汽車產品研發。要堅持在市場化基礎上探索利益共享的有效機制，把“合作”真正融入創新發展的核心本質中，共同構建產業創新發展的良好生態。

事實上，上海國際汽車城已經在打造這樣一個“利益共同體”。上海國際汽車城（集團）有限公司黨委副書記、總經理潘曉紅認為，智能汽車軟件未來的發展將會更加開放、融合。基于此，上海國際汽車城正在深入推進智能汽車產業軟件的高地建設，并籌建了上海智能汽車軟件園，主要目標是希望能夠加速汽車軟件產業的生態培育、關鍵核心技術攻堅，提升產業核心競爭力，著力突破汽車基礎軟件、車用操作系統、自動駕駛、智能座艙、汽車工業軟件等關鍵核心技術，形成很好的產業集群，協同發展，以期實現突破和創新。

芯片國產化面臨的挑戰

在智能汽車發展的進程中，芯片的重要性不言而喻。誰擁有了芯片的核心技術，誰就掌控了行業的主動權和話語權。

在技術方向上，芯片和操作系統是解耦還是結合？普華基礎軟件副總經理兼戰略研究院院長張曉先認為要“看情況”，不同的情況就有不同的結果。只要是一個成熟的架構、成熟的體系，邊界分明、標準清晰，軟、硬件一定是解耦的；但如果是一個創新的產品，則可能是軟硬結合的；而如果是一個完全創新的、仍在探索中的產品，那就一定是軟、硬件結合的，把功能發揮到極致，隨著功能成熟再形成軟、硬件解耦。

“汽車操作系統‘芯’發展”主題論壇現場

芯馳科技產品與市場總監張曦桐認為，軟件定義汽車的趨勢使得整車的電子電氣架構不斷升級，最終大量車型會演進到中央計算架構，這將給芯片廠商帶來兩方面挑戰。一方面對于產品定義需要更準確的把握和預判市場的趨勢，因為市場上有多種不同的架構同時存在，帶來大量的差異化需求，廠商需要提供定制化的芯片和服務，滿足不同主機廠的差異化需求；另一方面，對產品的迭代速度、開發周期提出了更高的要求，需要更快的開發速度及更敏捷的迭代周期。

如何應對上述挑戰？以芯馳為例，芯馳在座艙芯片方面提供的是一個整體的解決方案，除了芯片硬件以外，還跟合作伙伴一起提供全棧的軟件解決方案，從底層操作系統，到中間件、上層的應用軟件，最終交付一套完整的解決方案，幫助客戶一起實現產品能夠快速地量產和上車。

對于芯片國產化面臨的挑戰，芯旺微電子產品總監盧恒洋補充到，汽車芯片的發展目前面臨著三大挑戰，第一是底層器件的可靠性；第二是研發過程；第三是安全。一款產品從無到有，往往是非常簡單的，但是從有到好，是非常難的過程，需要一個體系甚至是一場研發變革來支撐變好的狀態。

在國內座艙芯片領域，已經有一些成功的國產替代方案。中科創達智能汽車事業群第一事業部副總經理陳凱介紹，座艙芯片包括車規級和非車規級兩類，其中車規級比較常用的有高通等，同時國內的芯片企業包括芯馳、黑芝麻、地平線等，都在不停地替代原有的主流方案；非車規級近兩年的趨勢也愈加明顯，例如比亞迪應用的座艙系統，具有較高的性價比，吸引主流的OEM 廠商也不斷參與進來。另外，服務型芯片也有上車的趨勢，以特斯拉為樣本，國內的一些企業也在跟隨。

中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟副秘書長仝宗旗認為，隨著汽車向電動化、網聯化、智能化方向發展，汽車正在從傳統的交通工具變成一個智能的互聯移動平臺，車輛未來的產品差異化需要由芯片與軟件合力兌現。在汽車電子電氣架構從分布式向跨域集中式轉變的過程中，車規級芯片的發展成為汽車產業轉型升級的關鍵，在智能汽車發展中具有關鍵作用與戰略意義。同時由此帶來車用操作系統技術架構、核心技術、軟件開發模式等方面的全面變革。在此背景下，仝宗旗建議，國內需要秉承“開放、開源并協作構建多層解耦的立體生態體系”理念，形成中國標準和滿足中國應用場景的產品，共建產業生態。

車用操作系統破局之道

陳凱認為，隨著高通、英偉達、地平線的新產品不斷涌現，芯片的算力維度大幅提升，這將會給操作系統帶來更大的技術挑戰，包括系統的復雜程度、功能安全、軟硬件協同、架構設計等等，都會由于芯片的快速發展而增加挑戰難度。同時，對于整車的操作系統而言，在當前的芯片算力不斷加強之后，包括異構架構演進之后的解決方案，必須要通過整車的操作系統來統合HPC（高性能計算）能力，使所有底層非實時型的東西往上移，同時把云端的資源，以及相關聯的能力不停往車端移，做到良好的融合。

軟件的演變離不開架構的推動，經緯恒潤產品線總監楊強認為，汽車電子電氣架構的演變從分布式到域集中式，再到中央計算單元+區域控制，最后到車云一體的架構，對于軟件平臺的要求，也從AUTOSAR CP 到AUTOSAR AP，再到SOA、OTA，云管端一體，從橫向發展到縱向發展推進。

楊強分享了系統中間件的演變趨勢。中間件是指位于操作系統和應用程序之間的軟件組件，它有助于應用程序和不同操作系統之間的通信和互操作性。系統中間件包含底層軟件框架、通用基礎軟件框架和功能軟件框架。從軟件分層來看，其實系統中間件也是廣義OS。廣義OS 除了包含狹義OS對應的操作系統內核、BSP 驅動之外，還會有基礎中間件以及功能軟件對應的功能。在軟件定義汽車的理念中，廣義操作系統是汽車軟件的靈魂。

布局廣義OS 平臺可以有利于OEM 掌握開發生態、整合資源，也有利于簡化汽車開發流程，提升汽車開發效率。但是，整車廠做軟件開發，相應的人力投入、資源投入，以及對組織架構的挑戰非常大。

目前，除了基礎軟件供應商布局廣義OS 之外，整車廠商也在紛紛布局各自的OEM.OS。2023 年9 月21 日，蔚來汽車發布整車全域操作系統——天樞SkyOS。天樞SkyOS 是蔚來整車底層操作系統，為整車研發建立全方位、立體的技術體系，使各種設備能夠有機地融合在一起，實現高效協同工作。天樞SkyOS 構建起“1+4+N”技術集群，涵蓋車控、智駕、座艙、移動互聯等多個領域，成為智能數字技術基座。根據規劃，天樞SkyOS 全功能量產將在NT3 平臺車型上實現。

面對巨大的挑戰，以蔚來為代表的整車廠商為什么要自研全域操作系統？蔚來汽車SkyOS 首席架構師、數字架構資深專家羅金華解釋道，第一個原因是為了降低技術被“卡脖子”的風險；第二，蔚來要積累自己全棧的研發能力，包括很多核心的技術能力積累；第三，有了這些技術，就可以做整車上的各種優化，從用戶的體驗、工作效率到車輛性能都可以做深入的優化。

在全行業的共同努力下，未來智能汽車將會向何方發展？國汽智控聯席CEO 叢煒認為，未來智能汽車將是帶有四個輪子的數據中心，并將為行業提供非常大的產業容量和想象空間。隨著車輛智能化程度的提高，并朝著高等級自動駕駛或者ADAS輔助駕駛道路演進，車輛的異構架構需要快速迭代，以便于硬件、芯片更加趨同化，軟件平臺和場景APP 軟件將能夠發揮更多的價值，也就是我們所說的“硬件趨同、軟件定義和場景驅動”。