打造智能汽車操作系統，實現軟件定義汽車

文 / 本刊記者 趙黎

傳統的汽車銷售正從價值變現的終點變成起點。最終，智能汽車將成為一個可持續價值創造的平臺，其中軟件的價值日益凸顯。

伴隨著近年人工智能、大數據、云計算、物聯網、移動通信等技術的持續進步，信息物理世界已然邁入萬物互聯的智能化階段。而作為國民經濟支柱的汽車產業，因其自身規模大、帶動效應強、國際化程度高、資金技術人才密集，正在成為新一輪技術革命的焦點。

當前，以電動化、智能化、網聯化、共享化為關鍵特征的汽車“新四化”正在深刻塑造百年汽車產業。網聯信息服務紛紛上車，自然語言交互、輔助駕駛等智能應用在車上日益普及。以中國市場為例，新車的智能化滲透率已經達到48.8%，預計2025年將達到75%。未來，智能汽車將成為人的第三生活空間，為我們帶來全新的應用體驗。新能源汽車的移動儲能我們已經喜聞樂見；未來智能汽車可以為我們提供移動影院級的視聽感受；還可以成為與人移動共生的超級智能助理，為我們免除通勤困擾的同時釋放更多的個人自由時間，提供更多智能輔助。同時，汽車全生命周期內的數字化服務訂閱，部件可擴展可升級，以軟件為核心技術支撐的整車體驗常用常新正在成為常態。傳統的汽車銷售正在從價值變現的終點變成起點。最終，智能汽車將成為一個可持續價值創造的平臺。

我們看到，智能汽車全生命周期中的軟件價值正在凸顯。規劃階段，車企越來越多地借用云化平臺服務開展市場調研，分析消費者喜好和行為，把握產品技術布局方向，定義整車核心體驗；概念階段，CAD & CAE & CAM等數字化工業軟件技術對完善整車早期概念設計愈加重要；設計開發階段，車企正積極向基于車+云分布式計算架構的“機理”+“數據”數字化模型敏捷開發轉型；驗證階段，越來越多的整車功能驗證通過模型在環和軟件在環承載；銷售階段，基于軟件的功能自定義，服務訂閱，持續升級正在成為車企的核心賣點；服務階段，基于實時運營數據的個性化、創新服務正在成為造車新勢力的獨特優勢。軟件定義正在全方位地深入到汽車的定義、開發、驗證、銷售、服務過程當中。

汽車產業變革面臨三個主要矛盾

然而，傳統車向軟件定義智能車的轉型之路并不平坦。縱觀整個汽車行業，當前的產業變革正面臨三個主要矛盾：

消費者持續新體驗和功能安全保障的矛盾

截至2021年1月，全球手機用戶數已突破52.2億。泛終端智能化率（手機、汽車、家居等）的持續增長使得消費者對于無縫的智能數字化體驗產生了強依賴。用戶渴望在智能汽車上也擁有常用常新，隨需定制的智能數字化體驗。汽車行業從“以車為中心”向“以用戶為中心”的體驗創新轉變直接驅動了兩個方面的顯著變化：一是整車體驗定義貫穿汽車全生命周期；二是整車計算架構由聯邦式電子電氣架構向集中+區域接入的計算通信架構演進。以整車計算架構為例，現有的電子電氣架構采用分離方式，每增加一個功能就需要部署獨立的功能部件。整車功能在出廠時已經固定，如需新增功能，需要對車輛進行深度改裝。同時各個功能部件互相獨立、資源分散，算力低下且無法共享。而基于集中計算+區域接入的智能汽車計算平臺則通過將傳感、計算、執行進行分離，將計算強相關的功能邏輯和數據在異構高性能技術平臺上進行集中部署、資源共享、在線更新，從而可以實現覆蓋整車全生命周期的功能開發。

與此同時，智能汽車作為載人交通工具的核心屬性并沒有發生變化。高安全、強實時歷來是車控軟件領域的核心特征。而在智能車階段，整車功能定義跨越多個部件，整車體驗更新覆蓋全生命周期，底層計算架構發生顯著變化。歐盟委員會在《通往自動化出行之路：歐盟未來出行戰略》更是提出，當自動駕駛的部署完全融入到整個運輸系統中，將會為實現“2050年，歐洲道路交通事故死傷人數為零的愿景”作出重大貢獻。在這樣的背景下，如何構建面向智能汽車的車控軟件平臺，實現高功能安全、強實時的整車功能定義和體驗更新，保障乘員的生命財產安全是亟待行業解決的關鍵課題。

產業升級和工程技術的矛盾

長期以來，汽車行業以汽車工程為核心工程方法，形成了OEM負責車型規劃、定義、集成，Tier1廠商負責部件化功能開發的金字塔型產業格局。在軟件領域，整車企業負責整車需求定義和集成驗證，軟件相關的功能設計、開發和部件級驗證通常由供應商完成。整車企業開發人員以電子電氣工程師為主，ICT技術領域的人員&技術積累匱乏。

而在智能汽車階段，基于專用計算平臺，滿足車規級要求的智能汽車軟件是典型的新生事物。未來，汽車創新的90%左右將集中在軟件領域，軟件價值占比將達到60%。當前，整車軟件架構正加速向服務化可持續架構的方向發展。軟件與硬件解耦，軟件與軟件解耦，軟件與數據解耦，基于標準化的軟件平臺架構，汽車開發者可以靈活地進行二次開發等技術趨勢成為行業共識。為此，全球各大車企紛紛成立獨立軟件子公司，加大軟件領域投資力度。今年7月，大眾發布2030 NEW AUTO戰略，宣布加速轉型成為軟件驅動型移動出行服務提供者。大眾計劃于2025年推出一個全新、統一、可擴展的CARIAD全球軟件平臺。但受限于企業文化，組織結構，開發流程，人才儲備，供應鏈體系，商業模式等因素，主機廠向軟件的技術轉型升級面臨多方面的挑戰。

規模化創新突破和可持續安全發展的矛盾

智能汽車因其產業大、賽道新而成為各國戰略發展的重點。美國交通部于2015年發布《智能交通系統戰略規劃（2015~2019年）》，將發展智能汽車作為美國發展智能交通系統的重點。歐盟從2010年起陸續發布一系列政策，引導各國智能汽車產業發展，逐步形成相對完整的包含智能汽車在內的智能交通發展戰略體系。日本從上世紀九十年代開始研究智能交通系統，并于2013年制定包含智能汽車在內的信息化國家戰略。美、歐、日等國家和地區都在積極推進創新能力試點，希望率先在本國實現智能汽車的規模產業化，甚至采取了階段性放松行業監管的政策。

然而，智能汽車在開放社會系統環境下的網構化，自主化運行使其面臨全新的安全挑戰。海量安全攸關的智能汽車正在形成一個全新的智能社會化系統。當前，移動互聯網領域的惡意應用程序數量超過1300萬個，并以年復合增長率60%的速度高速增長。世界經濟論壇已經將網絡攻擊列為對人類的第三大威脅，僅次于極端天氣和自然災害。在互聯網領域為人熟知的梅特卡夫定律也同樣適用于智能汽車安全威脅領域，即智能汽車的威脅風險與其節點成平方關系。因此，我們看到過去5年時間里汽車被攻擊的次數增長了20倍。究其原因，威脅主要來自三個方面：一是萬物互聯增加攻擊面，如移動網絡、藍牙、WiFi、GPS、UWB、V2X等；二是汽車全生命周期智能化應用增加攻擊面，如汽車的設計、制造、功能、體驗、服務等；三是汽車軟件復雜度提升增加攻擊面。汽車關鍵代碼漏洞呈現指數級增長；開源軟件的引入也導致系統漏洞的急劇增加。上述這些因素對車的功能安全、數據安全、網絡安全都帶來了前所未有的挑戰。

智能汽車操作系統是軟件定義汽車的關鍵

解決好上述三個主要矛盾是智能汽車取信于消費者，賦能車企，產業轉型落地的關鍵前提。而覆蓋汽車開發、運行、運營等階段的基礎操作系統向下整合資源，向上抽象能力，對智能汽車功能應用運行起著承上啟下，起承轉合的關鍵作用。智能汽車操作系統是業務使能層，用戶無法直接感知，是基礎性工作，技術難度高、開發量大，需要基于對ICT領域的深入理解長期培育。

傳統車控操作系統主要基于ECU、MCU計算平臺，面向車控部件應用提供受限嵌入式環境下實時、確定、可靠的基礎運行環境。

而智能汽車操作系統主要基于異構高性能計算平臺，集成高性能車控計算任務的復雜系統，是孕育智能駕駛創新能力的核心支撐平臺，同時還需要滿足高安全、高可靠等汽車行業關鍵要求，是產業鏈競相布局的制高點。

華為智能汽車操作系統助力軟件定義汽車

華為智能汽車操作系統包含三大操作系統AOS（智能駕駛操作系統）、HOS（智能座艙操作系統）和VOS（智能車控操作系統）。華為依托自身在ICT領域的長期積累，致力于優先把使能業務的基礎能力構建好，借此大大降低智能汽車的開發難度，幫助車企提升開發效率、降低開發成本，聚焦為用戶帶來更好體驗，將汽車打造為持續創造價值的平臺。

面向車控域安全攸關的運行保障場景，華為的車控操作系統方案主要分為智能駕駛操作系統AOS和智能車控操作系統VOS兩個核心部分。

智能駕駛操作系統AOS，同時滿足智能駕駛軟件開發對生態、車規、性能等核心要求

智能駕駛是車企獲得競爭優勢的戰略制高點，面臨著投入周期長、場景復雜度高、技術難度大的三大挑戰。華為智能駕駛操作系統AOS，堅持通過技術創新滿足智能駕駛軟件開發對性能、車規、安全及高效開發的核心要求，致力于提供4大核心能力：

全棧自研，包括內核、中間件、AI計算框架、工具鏈、云端服務基礎軟件棧；

車規級安全，車規級安全隔離引擎、車規級內核、車規級運行時和框架；

提供AI框架和豐富的算子庫，支持模型化仿真、驗證，使能智能駕駛高效開發；

極致性能：原生異構計算架構，專為車場景的打造的確定性運行環境、確定性調度、確定性通信框架。

智能車控操作系統VOS，兼容AUTOSAR最新標準，滿足ECU向車載以太網、多核MCU、安全、OTA等演進訴求

華為智能車控操作系統VOS支持車規級MCU芯片、兼容AUTOSAR規范，通過車規安全認證，并且提供全套模型化開發工具鏈。現已運行在華為及眾多合作伙伴的網關、車身控制器、電動系統、底盤系統、傳感器、域控制器等多種設備之上，應用場景廣泛。面向安全車控部件應用，華為智能車控操作系統VOS致力于提供4大核心能力：

全自研的智能車控操作系統，兼容Classic AUTOSAR4.4規范，同時把創新技術推入AUTOSAR標準；

車規安全，ASIL-D認證，高安全隔離、冗余設計，確保關鍵任務穩定可靠執行；

支持SOA服務化開發，提供DDS/SOMEIP通信中間件，提供安全、靈活的多核部署方案；

高效開發，全自研的開發平臺，提供模型化開發、仿真、驗證、代碼自動生成，同時提供ECU模擬器。

在迎接智能汽車轉型大潮的過程中，華為將結合自身的技術積累，長期聚焦ICT技術，持續打造使能車企業務基礎能力的智能汽車操作系統。通過構建安全開放的智能汽車操作系統，我們希望與車企、軟件和硬件合作伙伴勠力同心，共創數字平臺、共建繁榮生態、共享技術成果，使能車企“造好”車、造“好車”。