车载芯片和操作系统的机遇与挑战

文 / 本刊记者 郑雪芹

汽车电子电气架构正在从分布式向跨域集中式转变，其中车规级芯片的发展成为汽车产业转型升级的关键，并由此带来车用操作系统技术架构、核心技术、软件开发模式等全面变革。

“汽车操作系统‘芯’发展”主题论坛现场

2023 年11 月3 日，2023 中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1 场大会论坛+4 个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。其中，在“汽车操作系统‘芯’发展”主题论坛上，众多业内专家、企业高层齐聚一堂，共同探讨汽车产业深度变革给车载芯片与车用操作系统带来的机遇和挑战，共享核心部件的研发成果和经验，为产业发展贡献智慧力量。

软硬一体化是大势所趋

当前，在面向汽车智能化和电子电气架构的持续革新中，以车规芯片和汽车基础软件为代表的汽车基础软硬件在产业升级中占据着重要地位。然而，我国汽车基础软硬件核心技术和典型产品严重缺失，已严重制约了我国汽车电子产业的快速发展。

电子科技大学嵌入式软件工程中心主任罗蕾认为，智能网联汽车的电子电气架构正从分布式架构向中央集中演进，并进一步向“车、路、云”协同方向发展，面临多种技术挑战。既需要高实时和高带宽的主干通信网络，又需要高性能、高实时支持异构多核的软硬件平台。在此基础上，构建满足软件定义下的SOA软硬件一体化平台成为大势所趋。

中汽创智平台软件开发部副总经理严俊杰认为，未来车用操作系统会成为整个汽车产品的核心底座，大家都在布局整个生态的建设，打造属于自己的汽车产品的软件生态。可以预见，智能汽车整体发展是依托硬件的支撑、软件的提升，以及生态共建的趋势向前发展的。在发展过程中，软件的复杂度和开发难度在逐年增加，其中难度最大的是全栈自研。严俊杰建议大家一起齐心协力，构建智能汽车协同发展的生态。

为更好地应对挑战，中国汽车工业协会副秘书长杨中平建议，产业链上下游企业要坚持“抱团取暖”的方式参与市场竞争。一方面需要整车和零部件供应商企业保持战略定力，当前中美技术和产业领域摩擦和博弈的局面不会根本改变，对这种情况要有清醒的认识，坚定信心与汽车软硬件企业开展联合攻关。另一方面也需要汽车软硬件企业着眼长远，下定决心尽早布局关键领域汽车产品研发。要坚持在市场化基础上探索利益共享的有效机制，把“合作”真正融入创新发展的核心本质中，共同构建产业创新发展的良好生态。

事实上，上海国际汽车城已经在打造这样一个“利益共同体”。上海国际汽车城（集团）有限公司党委副书记、总经理潘晓红认为，智能汽车软件未来的发展将会更加开放、融合。基于此，上海国际汽车城正在深入推进智能汽车产业软件的高地建设，并筹建了上海智能汽车软件园，主要目标是希望能够加速汽车软件产业的生态培育、关键核心技术攻坚，提升产业核心竞争力，着力突破汽车基础软件、车用操作系统、自动驾驶、智能座舱、汽车工业软件等关键核心技术，形成很好的产业集群，协同发展，以期实现突破和创新。

芯片国产化面临的挑战

在智能汽车发展的进程中，芯片的重要性不言而喻。谁拥有了芯片的核心技术，谁就掌控了行业的主动权和话语权。

在技术方向上，芯片和操作系统是解耦还是结合？普华基础软件副总经理兼战略研究院院长张晓先认为要“看情况”，不同的情况就有不同的结果。只要是一个成熟的架构、成熟的体系，边界分明、标准清晰，软、硬件一定是解耦的；但如果是一个创新的产品，则可能是软硬结合的；而如果是一个完全创新的、仍在探索中的产品，那就一定是软、硬件结合的，把功能发挥到极致，随着功能成熟再形成软、硬件解耦。

“汽车操作系统‘芯’发展”主题论坛现场

芯驰科技产品与市场总监张曦桐认为，软件定义汽车的趋势使得整车的电子电气架构不断升级，最终大量车型会演进到中央计算架构，这将给芯片厂商带来两方面挑战。一方面对于产品定义需要更准确的把握和预判市场的趋势，因为市场上有多种不同的架构同时存在，带来大量的差异化需求，厂商需要提供定制化的芯片和服务，满足不同主机厂的差异化需求；另一方面，对产品的迭代速度、开发周期提出了更高的要求，需要更快的开发速度及更敏捷的迭代周期。

如何应对上述挑战？以芯驰为例，芯驰在座舱芯片方面提供的是一个整体的解决方案，除了芯片硬件以外，还跟合作伙伴一起提供全栈的软件解决方案，从底层操作系统，到中间件、上层的应用软件，最终交付一套完整的解决方案，帮助客户一起实现产品能够快速地量产和上车。

对于芯片国产化面临的挑战，芯旺微电子产品总监卢恒洋补充到，汽车芯片的发展目前面临着三大挑战，第一是底层器件的可靠性；第二是研发过程；第三是安全。一款产品从无到有，往往是非常简单的，但是从有到好，是非常难的过程，需要一个体系甚至是一场研发变革来支撑变好的状态。

在国内座舱芯片领域，已经有一些成功的国产替代方案。中科创达智能汽车事业群第一事业部副总经理陈凯介绍，座舱芯片包括车规级和非车规级两类，其中车规级比较常用的有高通等，同时国内的芯片企业包括芯驰、黑芝麻、地平线等，都在不停地替代原有的主流方案；非车规级近两年的趋势也愈加明显，例如比亚迪应用的座舱系统，具有较高的性价比，吸引主流的OEM 厂商也不断参与进来。另外，服务型芯片也有上车的趋势，以特斯拉为样本，国内的一些企业也在跟随。

中国电动汽车充电基础设施促进联盟副秘书长仝宗旗认为，随着汽车向电动化、网联化、智能化方向发展，汽车正在从传统的交通工具变成一个智能的互联移动平台，车辆未来的产品差异化需要由芯片与软件合力兑现。在汽车电子电气架构从分布式向跨域集中式转变的过程中，车规级芯片的发展成为汽车产业转型升级的关键，在智能汽车发展中具有关键作用与战略意义。同时由此带来车用操作系统技术架构、核心技术、软件开发模式等方面的全面变革。在此背景下，仝宗旗建议，国内需要秉承“开放、开源并协作构建多层解耦的立体生态体系”理念，形成中国标准和满足中国应用场景的产品，共建产业生态。

车用操作系统破局之道

陈凯认为，随着高通、英伟达、地平线的新产品不断涌现，芯片的算力维度大幅提升，这将会给操作系统带来更大的技术挑战，包括系统的复杂程度、功能安全、软硬件协同、架构设计等等，都会由于芯片的快速发展而增加挑战难度。同时，对于整车的操作系统而言，在当前的芯片算力不断加强之后，包括异构架构演进之后的解决方案，必须要通过整车的操作系统来统合HPC（高性能计算）能力，使所有底层非实时型的东西往上移，同时把云端的资源，以及相关联的能力不停往车端移，做到良好的融合。

软件的演变离不开架构的推动，经纬恒润产品线总监杨强认为，汽车电子电气架构的演变从分布式到域集中式，再到中央计算单元+区域控制，最后到车云一体的架构，对于软件平台的要求，也从AUTOSAR CP 到AUTOSAR AP，再到SOA、OTA，云管端一体，从横向发展到纵向发展推进。

杨强分享了系统中间件的演变趋势。中间件是指位于操作系统和应用程序之间的软件组件，它有助于应用程序和不同操作系统之间的通信和互操作性。系统中间件包含底层软件框架、通用基础软件框架和功能软件框架。从软件分层来看，其实系统中间件也是广义OS。广义OS 除了包含狭义OS对应的操作系统内核、BSP 驱动之外，还会有基础中间件以及功能软件对应的功能。在软件定义汽车的理念中，广义操作系统是汽车软件的灵魂。

布局广义OS 平台可以有利于OEM 掌握开发生态、整合资源，也有利于简化汽车开发流程，提升汽车开发效率。但是，整车厂做软件开发，相应的人力投入、资源投入，以及对组织架构的挑战非常大。

目前，除了基础软件供应商布局广义OS 之外，整车厂商也在纷纷布局各自的OEM.OS。2023 年9 月21 日，蔚来汽车发布整车全域操作系统——天枢SkyOS。天枢SkyOS 是蔚来整车底层操作系统，为整车研发建立全方位、立体的技术体系，使各种设备能够有机地融合在一起，实现高效协同工作。天枢SkyOS 构建起“1+4+N”技术集群，涵盖车控、智驾、座舱、移动互联等多个领域，成为智能数字技术基座。根据规划，天枢SkyOS 全功能量产将在NT3 平台车型上实现。

面对巨大的挑战，以蔚来为代表的整车厂商为什么要自研全域操作系统？蔚来汽车SkyOS 首席架构师、数字架构资深专家罗金华解释道，第一个原因是为了降低技术被“卡脖子”的风险；第二，蔚来要积累自己全栈的研发能力，包括很多核心的技术能力积累；第三，有了这些技术，就可以做整车上的各种优化，从用户的体验、工作效率到车辆性能都可以做深入的优化。

在全行业的共同努力下，未来智能汽车将会向何方发展？国汽智控联席CEO 丛炜认为，未来智能汽车将是带有四个轮子的数据中心，并将为行业提供非常大的产业容量和想象空间。随着车辆智能化程度的提高，并朝着高等级自动驾驶或者ADAS辅助驾驶道路演进，车辆的异构架构需要快速迭代，以便于硬件、芯片更加趋同化，软件平台和场景APP 软件将能够发挥更多的价值，也就是我们所说的“硬件趋同、软件定义和场景驱动”。