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万字长文带你了解智能汽车软件行业

发表时间：2023-12-02 20:03:11 来源：新余鱼多多科技有限公司浏览：登录注册次【大】【中】【小】

整个汽车行业都在向智能化转型。不同于传统汽车，智能汽车通过全新的软件技术，能够为车主创造丰富的可感知价值和更安逸的驾驶体验。近年来，全球越来越多的整车厂、零部件厂商以及谷歌、苹果、百度等科技公司开始投入智能化汽车的研发中来，智能汽车正在快速抢占汽车市场。就自动驾驶功能举例来说，全球主流车企正密集研发 L3 级以上自动驾驶，未来自动驾驶的搭载率及自动驾驶等级将不断提升。

全球主要车企各级别自动驾驶量产时间表汽车智能化将推动汽车软件开发需求爆发式增长。一辆“数字”汽车（2015 年）的软件代码量能够达到 1 亿行，远高于 Facebook、战斗机、人造卫星等高科技产品的代码量。而随着智能座舱、自动驾驶等智能化模块的发展，汽车软件代码量仍在以超过 20%的年增长率剧增。一辆 2025年生产的智能汽车代码量预计将达到 7 亿行，相较于 2020 年增加了 2.3 倍。由此可见，汽车制造的技术壁垒也由传统三大件以及零部件的集成能力转变为代码研发的能力，随着汽车智能化不断升级以及软件生态的逐渐繁荣，汽车软件开发需求将爆发式增长，整车软件成本占比将大幅提升。汽车软件市场规模将持续扩大。全球汽车软件市场：Berylls管理咨询公司预计汽车软件市场规模将在 2020-2030 年期间增长逾三倍，年均增长率为 13%，市场规模将从 760 亿欧元增长到 2520 亿欧元。具体来看，智能驾驶领域（ADAS/AD）将在 2020 年至 2030 年期间占据汽车服务市场增长的最大份额，软件平台、安全以及集成测试验证也将有较高的复合增速，当然增速最快的将是高性能计算平台（HPC），预计将达到 37%。如果要将整个市场增量做进一步拆分，核心增量（约 2100 亿欧元）来自于智能化功能复杂性的提升，同时由于软件模块化及开发方式转变带来的效率提升也会减少开发支出 620 亿欧元。

2020-2030年全球汽车软件市场规模预测EE 架构升级是软件定义汽车的硬件基础智能化与网联化必须建立在电子电气架构核心的计算能力上，没有硬件基础无法实现软件定义汽车，汽车 EE 架构的变革主要体现在一下 4个方面：计算性能：汽车芯片由 MCU 转向 SoC。MCU 芯片通常只包含一个 CPU 处理器单元、存储和接口单元，算力一般仅几百 DMIPS；而 SoC 是系统级芯片，一般采用“CPU+AI 芯片（GPU\FPGA\ASIC）”架构方案，如英伟达 Orin X 算力高达 254TOPS。智能座舱和自动驾驶对汽车的智能架构和算法算力带来了数量级的提升需要，以 MCU 为主的汽车芯片将无法满足这些需求，转向搭载算力更强的 SoC 芯片；通讯带宽：车载以太网成为汽车骨干通讯网络。传统的分布式架构中 ECU 之间大多通过 CAN 通讯、LIN 通讯、Flex Ray 等通讯，数据的传输速度非常有限，一般只有几兆每秒。随着车内传感器数量增加，数据传输体量和速率要求大幅提高，未来车载以太网将成为汽车骨干网，在单对非屏蔽双绞线上可实现 100Mbit/s，甚至 1Gbit/s 的传输速率。软硬解耦实现 OTA 升级。软件不再是基于某一固定硬件开发，汽车原有 ECU 软件烟囱式垂直架构转变为通用硬件平台+基础软件平台+各类应用软件的水平分层架构，实现软硬件的解耦。硬件预埋，软件后部署，通过不断 OTA 实现软件功能迭代推动整车功能升级。更好的成本管控。目前在高端车型与智能化程度高的车型中主要 ECU 的数量达到 100 多个，加上一些简单功能的 ECU 总数可以超过 200 个，ECU 增加对应线束增加带来成本提升，通过域控集成方式可较大幅度减少 ECU 数量；此外，ECU 由不同供应商提供，任何功能修改涉及多个控制器重新开发、验证，耗时耗力，且软件逻辑被供应商把控，主机厂无法对软件功能实现高效管理。

智能化与网联化共同推动啦汽车EE架构的变革，由分布式向集中式、城融合转变在智能化、网联化变革趋势下，软件和硬件在零部件层面解耦，软件独立成为核心零部件产品。汽车软件产品获得的多维的车辆数据和控制权限，实现复杂的功能和任务执行。汽车软件的越来越复杂，行数快速提升，逐步形成系统 OS 和应用软件的架构，汽车软件开发难度提升。SOA 是软件定义汽车的软件趋势传统分布式 EE 架构下，汽车软件的运行主要基于面向信号架构（Signal-Oriented Architecture），这种软件架构无法满足智能化汽车的需求：固定化的架构缺乏灵活性。ECU 各功能的编码在架构设计阶段被预先定义在 ECU 排序文件中，运行过程中依次调用、逐个运行。ECU 间信号收发关系是静态的，信号只能由网关转发，不具备灵活性。同时，这种固定化的软件架构限制了使用者个性化开发的需求，OTA 外部开发者无法由软件定义新功能，且无法支持在线升级和软件的迭代更新。面向信号架构无法实现人车交互。面向信号架构仅支持接受和发送模式，不支持请求和响应模式，不能实现交互，智能汽车的特点无法发挥。分布式架构下软件与硬件高度耦合，软件运行依赖于硬件。当软件发生改动或升级时，需要对整车进行集成验证，时间花费较长且难度较大。此外，当某一控制器出现问题时，相应的功能也可能全部失效，既造成了成本上升，在智能座舱、自动驾驶等智能功能下也将造成极大的安全问题。软件功能改动成本高，难度大。在传统的面向信号架构下，如果某个软件功能需要改动，整车通讯系统和 ECU 都要发生改动，而 ECU 数量的急剧增加使得这一过程的成本和复杂度显著上升。SOA 将车端不同功能及硬件能力划分为服务，并按整车的原子能力将服务拆分为颗粒度更小的接口。各服务组件的接口进行标准化封装，可通过既定协议互相访问、拓展组合；SOA 的核心要素包括松耦合、标准化定义、软件复用等。SOA 使应用层功能可在不同车型上复用，且能够基于标准化接口快速响应用户新的功能需求，软件工程师在修改或新增某一软件功能时，只需对上层相对应的服务组件进行代码编写，而无需进行基础软件层、运行环境层和其他软件组件的重新编译和重复开发，这极大地减少了软件升级的复杂度和成本，提高了效率。

车内的通信由“面向信号”向“面向服务”转变从长期来看，汽车企业将引入大量算法供应商、软件开发商和服务厂商共同搭建 SOA，为智能化的汽车软件提供优质的运行平台，也为客户提供全覆盖的软件服务。因此，各大汽车企业逐渐将工作重心转移到 SOA 的合作开发，预计未来 5 年将迎来 SOA 的量产高峰期。当然，要清醒的认识到理想的 SOA 开发成本较高，跨 ECU 的 IPC（进程间通信）一定比 ECU 内 IPC 更复杂，需要做额外的接口包装，会增加额外的调度和计算资源，且这些代价和成本并不直接带来用户体验的提升。因此，SOA 式架构不会是一蹴而就的。

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