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德勤软件定义汽车2020

发布日期:2020-12-18

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导语:在过去的几年中,智能手机和计算机,其标准化硬件在现有技术水平下正逐渐接近物理极限,这推动了其行业逐步从由硬件升级发展主导产品创新,转向由软件开发和迭代去推动硬件设计的更新和升级,伴随硬件标准化的推进和技术差异化的减小,汽车产业也或将经历相似的过程。


1. 对“软件定义汽车”的理解

“软件定义汽车”从表面上看是车内软件(包括电子硬件)的数量、价值超过机械硬件,背后更多的反应了汽车从高度机电一体化的机械终端,逐步转变为一个智能化、可拓展、可持续迭代升级的移动电子终端。为实现这一目标,整车在标准操作程序前便预埋了性能超前的硬件,并通过OTA在生命周期中逐步解锁和释放功能和价值。在该背景下,主机厂的核心能力将从机械硬件转向电子硬件和软件;产业价值链也将从一锤子硬件销售转向持续的软件及服务溢价。

首先,软件及汽车电子占整车的研发成本逐步提高,车内软件和电子硬件价值有望超过硬件,成为整车价值的核心。据测算,预计到2030年软件成本占整车BOM(物料清单,Bill Of Material)的比重将从目前不到10%增长到50%。需指出的是,这里的软件除应用程序开发、还包括AI算法、操作系统,以及软硬件一体化程度高的控制器、芯片等电子硬件。

其次,软件及软件更迭所带来的性能和功能变化,将决定未来汽车的差异性。软件的更新维护是未来主机厂提供差异化体验、提升客户满意度*经济、*便捷、*快速的一种方式。前提是由硬件提供冗余,再由软件实现迭代。

*后,包括主机厂、零部件企业等产业链上企业将加强软件能力建设,并围绕“软件定义汽车”开启从产品开发模式、组织架构、人员构成、运营体系等的内部变革。此外,新兴的软件公司将借助软硬件协同能力,兼容产业链上下多方需求,一举跃升为汽车产业链上新的tier-1企业。

2. 软件定义汽车的驱动力

2.1 产业发展需要

汽车“新四化”离不开软件和算法随着新四化的深入发展,汽车正加速从从机械设备向高度数字化、信息化的智能终端转变。从监测控制电动车电池包的温度,到运行中控屏上的应用程序,再到人机交互体验,自动驾驶汽车对周围物体的探测与分类等功能的实现,都离不开软件的开发、算法的搭建。

2.2 消费者期待

消费者期待汽车能够延续智能手机的行为习惯和体验中国拥有全球*高的智能手机渗透率,达到了近60%。随着硬件性能的过剩,智能手机的竞争也逐渐转向了软件生态的丰富性、前沿技术的创新应用以及对用户价值的深度挖掘。而近几年无论是从手机厂商对车机的加速渗透,还是汽车制造商对智能、互联、人机交互的研发投入,都可以看出消费者在智能手机上的用户体验和使用偏好已延伸至车载环境,这意味着手机端的竞争发力点也将复制到车机端。对于更换频率至少5年起步的耐用消费品而言,OTA能够却能让汽车在全生命周期都能实现持续的性能优化和功能升级。

2.3 价值链转移

硬件加速“商品化”,软件才能实现更高附加值

同智能手机等其他硬件制造行业一样,汽车产业也在经历“硬件商品化”的过程。随着汽车产业进入重大技术变革,再加上复杂汽车电子技术的兴起,一些传统机械零件正加速商品化和白标化,即硬件所能实现的差异性越来越小,硬件销售的利润越来越薄。汽车产业正逐步从一锤子硬件销售转向“持续的硬件升级、订阅服务”等盈利模式。随着FOTA(固件空中升级,FirmwareOver-The-Air)技术的不断成熟、再加上硬件变得商品化、标准化,硬件带去的差异化体验加速被抹平。主机厂意识到必须利用软件、软件所能释放的新功能、新的商业模式给消费者不同的体验和价值。

以特斯拉为例,软件收入未来有望成为特斯拉营收的重要来源

3. 现状与未来的差距

3.1 汽车软硬件架构难以适应软件定义汽车的发展需要

电子电气架构面临算力束缚、通讯效率缺陷、以及不受控的线束成本黑洞自汽车产业首次引入ECU以来,整车的机电一体化、电气化水平已经取得较大幅度的提升。从*初仅控制发动机工作,到后期延伸至底盘悬挂、车身电子控制、以及同车辆性能无关的信息娱乐、网络通讯等车载装置,如今每个车载功能对应一个或多个ECU。随着近年来燃油经济性、安全性、舒适性、娱乐性等需求的提升,电子控制器的数量更是进一步增长,目前L2级豪华品牌汽车上ECU数量已经达到100多个。随着汽车不断向智能化、网联化方向发展,以单片机为核心的传统分布式电子电气架构已经很难满足未来智能汽车产品的开发需求,具体表现存在以下几方面痛点:

首先、分布式电子电气架构无法满足未来更高车载计算能力的需求。其次、驱使EEA架构升级的另一个推动因素来自于更高的通讯效率和更大的带宽容量需求。*后、成本管控黑洞:随着车内ECU、传感器数量增加,整车线束成本和布线难度也跟着大幅提升。

由此可见,无论是对更强大的算力部署、更高的信号传输效率需求,还是出于车身减重和成本控制的考量,都要求汽车电子电气的硬件架构从传统分布式朝着“集中式、轻量精简、可拓展”的方向转变。

如果进一步精简,汽车电子电气架构中的硬件架构将主要经历三个演变周期:集成化、域集中式(DCU和MCU两个时期)和中央集中式(如图所示)。目前,主机厂已经根据自身掌握的技术能力、研发实力(主要是软件人才占比)、同零部件企业的供应关系、成本平衡等多方面原因,开启了截然不同的转型路径。

根据车企的公开规划,我们总结出了三种 升级类型:第一类“一步到位型”,即跳过 域集中阶段,直接走向车载中央计算,典 型代表是特斯拉。第二类“激进型”,具体表 现为不满足于tier-1给出的渐进式升级路 线,根据主机厂认为的*优方案布置控制 器,例如大众。第三类“按部就班型”,这类 车企相对保守,基本沿袭tier-1企业给定的 路线进行升级。

目前,无论是离散式的电子电气架构,还是汽车软件开发模式(ECU控制器采用嵌入式系统,即软硬件高度耦合,多以“黑盒模式”由供应商交付给主机厂),都很大程度限制了整车OTA功能的实现、应用生态的拓展以及未来未来主机厂掌握更高程度的软件开发主导权。具体而言:

首先,汽车软件的模块化、平台化程度低,导致软件资源无法集中调度、协作性差。主机厂的ECU通常来自于不同的零部件供应商,事实上控制器上许多底层软件的重复性很高,这些代码主要保障控制器的正常运行,例如CAN总线信号的收发、任务进程的调度、Flash数据的读写等等。但碍于每一家供应商的软件编程语言不同、接口标准不同,而且软件又和硬件高度依赖,使得这些底层代码无法被复制和移植,从而造成ECU软件开发的大量重复和资源利用的低效。

其次,软硬件高度嵌套、主机厂无法执行大规模、深层次的更新和升级或定制化开发工作。分布式软件架构是一种面向信号的架构,控制器之间通过信号来传递信息,但整个系统是封闭、静态的,在编译阶段就被定义死,因此当发生例如主机厂要修改或增加某个控制器的功能定义,同时该指令还必须调用另一个控制器上的功能时,就不得不把所有需要的控制器都升级,大大延长开发周期、增加开发成本。

正因此,汽车软件开发将遵循IT行业的发展规律,引入中间件技术、虚拟化技术来实现软件模块化、硬件抽象化和标准化,从而进一步解锁软硬件的耦合关系,满足电子电气架构灵活、可拓展的需求。

3.2 传统瀑布式开发模式面临较大的局限性

基于以上技术架构方面的变化,在软件定义汽车的背景下,汽车研发将由传统的瀑布式开发向敏捷开发的模式转变

在“软件定义汽车”的过程中,汽车作为一个智能移动终端的消费电子品属性变得越来越明显,对开发成本和开发周期的控制都提出了新的要求,同时在车辆交到消费者手中后,产品的迭代才刚刚开始。而传统的汽车研发生态链则是线性的,遵循了瀑布式的产品开发模式,到SOP产品研发基本结束。

在敏捷式开发模型下,开发团队以产品特性分工,每个团队会端到端的开发所负责的产品特性,包含有关该特性的所有功能,各团队均有一定的自由度和决策权,而当不同产品特性之间牵涉到共通的产品功能时,各个开发团队便需要在这些区块上组建跨产品特性协作群落,展开合作开发,达到整体优化的效果。同时敏捷式开发模型下的业务结构和组织结构构成流线型,既有利于达到密切的协调合作,*大限度地减少管理成本,同时因其灵活的工作模式,使开发团队可与客户实现高度互动,采用*低可行性产品(MPV, Minimum Viable Product)的形式快速满足用户需求,并在使用中不断创新迭代。这些特点都与“软件定义汽车”的要求不谋而合。

3.3 组织结构和人才供给是汽车向软件转型的一大短板

从根本上重塑主机厂的组织构架,从面向功能的组织转向平台型开发组织。

成立单独的软件子公司从事软件开发,能够较好的发挥自主性和独立性,充分释放组织活力。而对于只在集团内部成立了软件队伍的车企而言,还需要进一步推动公司内部组织架构调整、优化整车软件开发流程。例如建立一个自上而下驱动、基于共同目标或战略、能协调跨部门合作、平台型的软件开发组织。汽车工程开发是按照功能模块来划分的,如动力总成、底盘和车身、信息娱乐,而且多为独立开发。但随着汽车电子电气架构朝“域中心”、“中央集中”方向发展,ECU数量的减少,而域控制器或中央计算平台又是以分层式或面向服务的架构部署,预计未来的汽车电子软件开发也将按层的方式重新划分。

目前,汽车软件人才的人才供给渠道狭窄,缺口较大。汽车电子软件开发属于嵌入式软件的一个分支,行业相对封闭,从业人员来源相对较窄。嵌入式软件开发人才多数去了互联网企业,但不懂硬件,缺乏汽车工程、汽车软件的知识。几方面因素造成汽车软件工程师高度紧缺的状态。此外,对于自动驾驶软等技术仍在变化、商业模式不明的领域,企业还需要改变其招聘模式和人才管理模式,例如从岗位为中心到向以人才为中心转变;同时在工作内容设置、绩效管理和激励上也应当高度的弹性和灵活性。

3.4 来自供应链体系的阻力

零整关系将从塔状垂直走向环状扁平

重塑当前零整关系的驱动力越来越多源自于主机厂希望对自动驾驶技术实现自主、可控。尤其是进入到高级别自动驾驶阶段,汽车软件的地位和重要性的不断提升,汽车厂商已经不能满足于黑盒供应模式,而是希望自上而下定义需求、功能和标准,分软件、硬件、系统单独采购,并要求在核心技术上能够穿透Tie-1的技术壁垒,直接同核心底层零部件企业建立合作。在该新兴趋势驱动下,近几年国内外主机厂以参股或战略合作的形式,同包括自动驾驶全堆栈企业、AI芯片厂商、激光雷达等传感器企业缔结了或强或送的绑定关系。

另一小部分研发实力更强、更具进取心的汽车制造商,出于对技术**性和差异化的担忧,更是选择从底层搭建软件基础设施,从核心零部件到系统级都采取自主开发和垂直整合的方式推进,投入巨大。自研方案允许主机厂不再受限于供应商技术以及硬件的性能瓶颈和开发周期束缚,让*先进的处理器上车,迭代软件的同时迭代硬件。而无论是同核心软件、电子硬件企业建立合作,还是自主研发、垂直整合,传统供应链关系都将发生根本性的变化。车企与子级供应商的协作将进一步加深,打破Tier2到Tier1再到OEM的塔状供应模式,向扁平化的供应网络模式发展。

4. 新赛道将涌现哪些机会

4.1 软件定义汽车趋势下产业价值链盘点

以智能网联汽车为例,在软件驱动下,其产业链价值发生了哪些变化。自上而下,可以分为纯软件层、基础软件层、工具软件、以及电子硬件堆栈。从价值链角度看,两端的应用及算法软件、软件密集型的电子硬件目前占据着较高的产业附加值,也是主机厂、零部件企业、科技公司争相布局的焦点。中间的基础软件是汽车走向软件驱动转型的重要前提,而且随着主机厂争取更多话语权、强化自身软件能力趋势的兴起,基础软件在产业链中的地位也将进一步得到提升。

4.2 软件平台的地位凸显

通过梳理上述产业链,我们认为三类软件及其工具链供应商将在汽车产业向软件转型的过程中扮演关键角色。

第一、操作系统软件 。在软件定义汽车的趋势下,操作系统的重要性愈发凸显,并且成为汽车厂商在智能网联领域战略布局的核心,也成为新进入科技企业的布局重点。

第二、处于应用和操作系统之间的中间件软件。所谓的分布式中间件,其核心是提供一个分布式的计算和通信框架,对下屏蔽各类操作系统内核的差异,为上层的应用***提供标准接口和协议。

第三、虚拟机管理程序。虚拟化技术的应用很大程度源于电子电气架构在域集中阶段对软硬件隔离的需求,例如智能座舱域的一芯多屏多系统趋势。智能座舱域的一个主要发展趋势是中控屏逐步和仪表盘、抬头显示屏以及其他屏显设备融合,控制各类硬件的微控制器都将被整合到单颗芯片内。多屏融合背后的核心需求仍然是降低成本,毕竟单个SOC(单晶片系统,System on a Chip)上运行多个不同安全级别的操作系统*便宜。但每块屏幕又对应着不同的操作系统,这就意味着智能座舱域需要同步支持

4.3 从Tier-2到Tier-0.5

未来汽车将是高度机电一体化的智能设备,由软件来驱动绝非代表着硬件不重要,相反硬件仍然是软件功能实现的重要载体。尤其是软件密集型的电子硬件、半导体硬件将在产业链中攫取更大的附加值和利润占比。

从近几年的发展趋势来看,原本处于Tier- 2位置的算法企业、芯片企业,通过强化软硬件协同开发能力,实现硬件资源、系统软件、功能软件的全面整合,并兼容产业链上下游的多元需求,逐步从一个二级子供应商跃升成为主机厂的一级、甚至0.5级供应商,在智能网联发展时期站上核心地位。

在销售战略方面,芯片企业除了继续同一级供应商保持高度绑定之外,一些企业直接同主机厂达成供货协议。例如在吉利和Mobileye*新的合作方案中,Mobileye一改以往只向tier-1供应半成品组件的模式,首次负责完整的解决方案堆栈,包括硬件和软件、驱动策略和控制,并计划在系统部署后提供持续的软件更新服务23。通过绕过tier-1,核心硬件厂商不仅有望攫取更高的利润,还将获得更高的行业话语权。

5. 产业链上不同企业该如何应对

5.1 主机厂理性评估,按能力布局转型

自去年起,全球汽车产业就开始了向软件 转型过程。同过往几此变革不同的是,汽 车产业一贯所依赖的共享成本共摊风险 的“联盟模式”被进一步打破,逐步向垂 直整合发展。另外,转型深度也呈现出前 所未有的程度,已经下探至主机厂的产品 开发流程、组织结构和供应链网络。

我们认为,主机厂需要根据自身业务体 量、研发实力、现金流状况、历史包袱等 都多方面因素选择适合自己的转型路径。在这点上,量产品牌和豪华品牌、燃油车 和电动车企将做出截然不同的转型选择。德勤根据已公布的企业变革举措,并结合 未来趋势的判断,总结出主机厂向软件转 型的四种路径。这四种路径基于主机厂对 于软件能力的主控能力和软件能力的宽 度,分布在四个象限中。首先,右上象限代 表了*激进且*彻底的转型路径。这一路 径的主要特点是建立全栈道的技术能力, 从软件架构、软件开发到软件工程等;并 积极推进垂直一体化。其次,右下象限代 表了相对激进但不彻底的路径,即在一到 两个核心技术上重点突破,专注于“边际 收益明显高于边际成本”的领域,花精力去提升消费者使用频率*高、*能带去实 际用户体验改善的地方。左上象限代表了 一种温和的转型路径,即主机厂一方面组 建自己的软件团队,另一方面积极同科技 企业、互联网公司建立合作联盟,在自身 拥有成熟的软件开发能力之前,基础软 件、软硬件架构方案仍依赖tier-1或新兴 软件企业。*后,左下象限则是保守路径 的代表,即主机厂继续采用典型的外包模 式,将软件开发任务交给tier-1。

5.2 零部件企业“两头受挤”,*好开启自我变革

自新四化趋势兴起以来,国际零部件巨头 便开始为向软件领域发力,并主要集中在 三个方向:第一、建立更全面、弹性的软 硬件集成能力,在核心软件上逐步从外包 转向自研;第二、调整人员组织架构以更 好的适应软件开发节奏和周期;第三、业 务转型,探索新的商业模式。

零部件厂商的强项在于集成能力和量产经 验。但在“软件定义汽车”的驱动下,零部 件厂商的核心能力变为“开放”、“兼容” 和“生态”。以智能座舱为例,Tier-1拥有成 熟的域控制器嵌入式软件开发和硬件集成 方案,但无论是行业发展趋势还是来自主 机厂新的需求,都要求tier-1企业开放其域 控制器的开发,允许厂商自定义应用和功 能,支持异构多核的操作系统、基础软件 可复用和可移植,搭载性能更强的计算硬 件等等。上述种种都意味着tier-1需要建立 更全面、兼容的软硬件集成能力,并开放其 供应链生态网络,同核心子系统企业进行 深度绑定以缩短适配周期。

其次,同主机厂一样,零部件企业也面临 组织架构的调整压力。今年7月,全球零部 件巨头博世宣布将汽车软件部门和电子部 门进行合并,建立了智能驾驶与控制事业 部,新事业部主要由来自汽车多媒体事业 部,动力总成解决方案事业部、底盘控制 系统事业部和汽车电子事业部中负责密集 型软件开发和跨域电子系统开发的技术 人员组成24。其竞争对手大陆集团在2019 年便启动了全球组织架构的调整,并于今 年初开始执行25。新的架构下,“汽车技 术”与动力总成和橡胶技术被单独划分出 来,其中“汽车技术”子集团下又分两大 事业群:分别为自动驾驶及安全事业群和 车联网及信息事业群;另设中央汽车研发 部门,涉足研发及工程开发,同时探索面 向未来5-10年的前瞻技术开发与当前的基 础性研发,为两个事业群提供支持,并充 分发挥双方的通力协作。

*后,软件将全方位影响零部件厂商的收 入模式。过去基于物料成本核算的一次性 硬件销售模式将不再适用,软件开发的边 际成本趋于零,而且软件收费形式多元、 可贯穿于产品生命周期始末。首先,在量产前,汽车软件的主要收入来自于一次性 工程项目开发费用和软件许可权费用:前者是根据tier-1或主机厂需求,进行专项 软件设计与定制化开发并*终向客户交付 开发成果而收取的费用,在开发过程中收 取;后者则是向使用了软件公司自主拥有 的软件产品(系统或开发工具)收取许可 费。在量产后,软件收费形式转为“版权 费”(Royalty fees)、“技术服务费”和基 于FOTA的软件升级费等。其中版权费是根 据客户使用的功能模块IP数量,再结合出 货量收取单车版权费用。对于汽车软件企 业来说,未来还可以像如水电等基础设施 服务一样可持续性收费,例如SaaS模式。

5.3 汽车软件公司机遇和挑战并存,灵活 定位释放价值

如前文提到,伴随着EE的架构重塑等其他 趋势,软件企业在未来软件价值链中地位 逐步提升:包括应用软件、基础软件、安 全测试验证软件等。但也必须认识到,汽车软件开发不可避免会遭遇一些客观上 的挑战:首先、车载软件拥有较高的进入 门槛:随着汽车电子化、智能网联化的不 断发展,以及全球市场对汽车安全性能要 求日趋严格,汽车电子电气相关功能安全 的国际标准ISO 26262被制定出来。满足 该标准中的高安全等级“ASIL-D”适用于 ADAS/自动驾驶系统)对软件企业的安全 技术、开发工艺都提出了相对严苛的准入 要求;而且整车企业对于供应商的筛选严 格,不仅要求功能安全、系统稳定、可靠, 并要求企业在汽车产品全生命周期都能提 供技术支持,帮助主机厂处理危机。其 次、汽车软件缺乏一个清晰的定价模式, 如果参照消费电子产业,软件按照价值收 费(即消费者支付该产品或服务的意愿高 低来定价),这就和目前主机厂的战略相 悖。目前主机厂将ADAS/自动驾驶技术视 为核心资产和能力,愿意付出较高溢价;但像IVI和地图等应用更多被视为商品化 的软件产品,使得这类软件开发企业的议 价能力不高。再次,软件开发需要前期的 巨额资金投入,后续能否随着规模效应实 现更高经济效益还未可知。*后行业缺乏 统一的软件架构标准也是未来汽车软件 供应商需要面临的一大难点27。

但无论如何,软件企业所面临的机遇大于 挑战,新进入的汽车软件企业/互联网公 司可以基于自身能力定位、上游需求匹配 等因素,采取以下三种释放价值的机会:

强调全栈式软件能力:为应对软硬件分离 趋势下研发势力较强的主机厂寻求半自主 研发的需求,新晋软件企业可强调的一点 优势在于全栈式的软件布局能力和兼容 开放的工具链,从而满足主机厂既想自主 开发又希望成本和风险可控的初衷。

突出快速市场化的能力:对于已开始尝试 单独招标软件供应商的主机厂,软件企业 则需要突出其高效率的产品化或商品化 的解决方案能力。

绑定核心硬件企业融入汽车供应网络:尽 管一些大型软件和算法企业自去年起全面 向软硬件一体化转型,收购底层硬件企业 或自研硬件,期望成为自动驾驶/智能网联 阶段新的Tier-1,但对于中小型汽车软件开 发企业而言,*具竞争力、且*高效的市 场进入战略是同上游核心电子硬件厂商 深度绑定。早期的Mobileye便是通过捆绑 Tier-1企业才得以间接进入主机厂的供应 网络;智能座舱软件则依靠和处理器厂商 建立紧密的合作关系切入供应链。

结语:软件定义汽车,这一转型浪潮,将渗透到汽车产业的方方面面,可以说几乎牵一发而 动全身,无论是主机厂的车辆软、硬件架构设计、产品开发流程、开发组织框架、人 才建设,还是整个行业的供应链体系、商业模式等等,几乎无一不涉及,甚至某些领 域或将面临重构的可能。透过这一转型趋势,我们既看到了传统汽车产业向软件定义 汽车转型的难度和挑战,也看到了新的赛道为众多新的汽车产业玩家,如芯片供应 商、软件供应商和互联网企业创造出的种种机遇。无论接受与否,几乎可以肯定的 是,软件定义汽车的转型将会是未来5-10年推动汽车产业发展的必然趋势,汽车产 业链上的各相关企业需要充分权衡、尽早布局,制定适合企业实际情况的转型路径, 在新的转型浪潮中掌握主动权。

(报告观点属于原作者,仅供参考。报告来源:德勤)





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