迈向生态共建的车用操作系统之路

迈向生态共建的车用操作系统之路 德勤管理咨询 2022年11月 目录 一、操作系统是智能汽车的重要“引擎”2 1.车用操作系统的沿革与定义2 2.操作系统是智能汽车赢得市场的关键3 3.操作系统发展趋势4 二、国产操作系统的机遇8 1.中国电动车市场环境与国产汽车操作系统的历史性发展机遇8 2.当前操作系统的市场格局9 三、汽车产业如何构建和融入以“操作系统为核心的生态体系”17 1.丰富系统生态环境、推动场景应用高质量发展17 2.实现汽车系统及生态的自主可控19 3.引导相关标准的统一21 4.政策制定层与产业管理层应有效引导社会更高效分工22 5.促进产业集群效应23 四、对车用操作系统价值链主要参与者的启示25 迈向生态共建的车用操作系统之路|目录 一、操作系统是智能汽车的重要“引擎” 一、操作系统是智能汽车的重要“引擎” 1.车用操作系统的沿革与定义 自汽车于18世纪末期被发明出来后的近百年时间里，内燃机一直以来都是汽车的核心，被视为汽车的心脏，是决定汽车价值的最核心的零部件。而随着2000年开始的第三次工业革命的推进，如今汽车已正式进入了电动化、智能化时代，传统汽车的内燃机“心脏”被三电系统替代，此外汽车也首次被赋予了“灵魂”——车用操作系统与软件，昭示着汽车开始拥有智能能力，“软件定义汽车”的时代已正式开启。 车用操作系统（vehicleoperatingsystem）是运行于车内的系统程序集合，对上它能够支撑应用程序的开发、人机交互的设计、数据的传输，对下能够调动不同架构的硬件和底层软件，以最优的效率管理和调度包括主控芯片、传感器、执行器等在内的硬件资源，合理安排任务的优先级，确保多项智能化任务的协调、安全高效进行。从这一层面看，操作系统既是智能网联时代下主机厂定义差异化用户体验的基石，也是其构建软件价值链和生态圈的入口。这也成就了操作系统成为继芯片之后主机厂最主要的软件战略抓手。当前业界普遍将车用操作系统分为两个组成部分：车控操作系统及车载操作系统（见图一）。 图一：车用操作系统类型 资料来源：车用操作系统测试评价研究报告，德勤分析 2.操作系统是智能汽车赢得市场的关键 1)操作系统点燃汽车产业创新之火 2)操作系统及软件相比硬件具有更强的体验可塑性及规模效应，可帮助品牌构建差异化竞争优势 3)电动化时代汽车操作系统对车辆安全及数据安全有直接且重大影响 一方面汽车电动化后几乎所有汽车控制全部由电信号驱动，操作系统作为汽车的“大脑”拥有对汽车的潜在控制能力，系统安全及稳定会直接影响车辆行驶安全。此外，我国自2021年9月开始执行《中华人民共和国数据安全法》，公民个人数据重要性已经上升到国家级安全层级，数据安全的战略高度也使汽车操作系统的重要性不言而喻。 3.操作系统发展趋势 1)横向：电子电气架构集中化驱动OS系统一体化融合趋势 车内软硬件架构的迭代对车用操作系统也带去了深刻影响。过去，传统汽车核心零部件及各类总成单元被多个汽车电子控制单元（ECU）所控制。随着汽车逐步向智能化和网联化发展，零散的分布式ECU架构已无法满足软件开发和算力需求，逐渐演变成了域集中架构。域架构概念下，与某个域相关的功能模块划分到同一域控制器之下，多个算力强大的域控制器接管了分布式架构下数以百计个ECU。而各域控制器之上运行着多个操作系统。前述提到的车控、智能驾驶和车载三大细分车用操作系统正是整车电子电气架构从分布式向域集中的体现。 随着整车电子电气架构的不断迭代升级，主机厂对跨系统的统一软件平台的需求变得越来越迫切，车用操作系统也将迎来进一步的升级。业界普遍认为汽车未来将从几个域的架构演变成为一个开放的超级计算机，这台中央计算机上将运行着标准化的硬件系统和多核、分布、异 构的操作系统及中间件服务，其上运行着各类丰富的应用（一部分应用在云端），横跨座舱、自动驾驶、整车控制等各个领域。 图二：汽车操作体系架构变革 资料来源：德勤分析 2)纵向：上下层双解耦驱动产业生态整合趋势 图三：软硬件解耦模式 资料来源：中国汽车报，中国电动汽车百人会 a.上层解耦：中间件扮演解耦关键角色，构建更开放的应用生态 位于操作系统上层的中间件是其与应用软件解耦的关键使能工具，通过中间件实现与上层应用的充分解耦，使得操作系统可以更加开放地接入应用生态。应用生态的 整合将持续激发行业和用户对人车关系的想象力，同时也通过接入、授权等新模式为车企带来新的利润增长点。 b.下层解耦：与硬件解耦是基线要求，与硬件协同发展是产业自主创新的加速器 软硬件解耦与软硬件协同发展并不矛盾。软硬件解耦、一套操作系统可以和或同构或异构的底层芯片适配，不仅在技术角度上可以使汽车物理开发和数字开发能够并行不悖，而且在汽车产业已经面临全球供应链风险的背景下，更是有效防范操作系统这一供应链环节进一步“失守”，缓解“缺芯”等难题的必要应对措施，确保OEM能更加灵活自如地切换底层硬件供应商。即，软硬件解耦在技术和供应链安全角度，都是基线要求。 但如果软硬件之间只“解耦”，不“协同”，则会造成操作系统在研发上对不同的硬件架构搞起“平均主义”。软件系统不可能在同时适配所有底层硬件的基础上，在每套硬件架构上都发挥最大的能效。操作系统产业发展到一定阶段，会需要有领头羊站出来，和芯片等核心硬件的先锋形成生态联盟，在全栈协同发展之路上互相帮扶，其意义不仅是为汽车产品性能和体验的提升带来“1+1>2”的效果，也为汽车全栈架构的自主可控构筑了更为坚实的力量。 3)车企与供应商在操作系统市场中的定位将更加清晰 当软件定义汽车变为现实后，汽车厂商对于掌握核心汽车软件能力的需求变得空前强烈，这也促使主机厂改变软件采购策略，回收过往旁落的车载软件开发主导权，毕竟自研的优势是显而易见的，它能带来软件产品开发和迭代效率的全方位提升。基于主机厂不同的研发实力和产品开发需求，未来车企与供应商在操作系统市场中的竞合关系将呈现以下几种模式并存的状态： 全栈式自研：部分高端智能化车企采用全栈自主模式，只对外部的第三方应用生态开放 合作研发：与软件系统供应商合 作组建操作系统生态平台，联合研发，共同打造操作系统 直接外采：直接采购软件系统供 应商提供的成熟操作系统解决方案 4)软硬件主体责任相关法规将进一步明确 目前，在车载软件及智能驾驶等软硬件融合发展大趋势下，整车与驾驶员之间的交通安全权责划分已开始逐渐明晰，国家已经制定了国家标准《汽车驾驶自动化分级》，深圳也出台了《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》，以立法形式明确各智能驾驶等级中在不同驾驶状态下的责任主体。 而在在整车产品内部，零部件及软件在车辆事故责任中的认定标准及法律规范仍然处于较为空白的阶段，例如当运行自动驾驶系统的车辆发生事故时，如何界定是操作系统软件故障还是执行器硬件的质量问题，对于界定自动驾驶操作系统供应商内部的责任界限尤为关键。未来需要有更加明确的政策法规以保障汽车系统及软件产业的有序高质量发展。 61九章智驾，自动驾驶OS市场的现状及未来6 迈向生态共建的车用操作系统之路|操作系统是智能汽车的重要“引擎” 二、国产操作系统的机遇 二、国产操作系统的机遇 1.中国电动车市场环境与国产汽车操作系统的历史性发展机遇 在内燃机时代，中国汽车核心零部件技术一直被外资品牌主导。而电动车时代，中国起步早，市场规模领先，已经具备了一定先发优势。我们认为中国企业当前“天时、地利、人和”兼备，有望在操作系统领域打破传统核心零部件产业被外资企业主导的局面。 1)天时：新能源智能网联汽车普及初期，全球竞争格局未定 当下全球仍处于智能网联汽车普及阶段，市面上汽车操作系统尚未形成在技术或市场份额上具有统治力的垄断或寡头企业，这正为中国企业的全球业务提供了广阔的发展空间。 图四：智能网联汽车技术路线图 资料来源：中国智能网联汽车创新中心《智能网联汽车技术路线图2.0》 2)地利：国内具备得天独厚的市场条件，近水楼台先得月 首先，中国当前是全球新能源汽车最大单一市场，为操作系统发展提供了良好土壤。其次，而相较国外企业，本土企业在本土化应用生态资源获取、用户需求理解、场景理解和本土客户（主机厂及终端客户）支持等方面都有着得天独厚的地缘优势。此外，中国拥有特色的车路云一体化融合智能驾驶技术路线以及车云协同的信息安全战略，国产操作系统企业在这些差异性的政策和技术路线的理解上拥有天然的优势。 3)人和：汽车供应链安全、智能汽车的数据/网络/信息安全得到政府、OEM关注，并获得政策、技术、人才资源倾斜 近年来，受国际关系、疫情防控影响，汽车产业链各环节都面临着核心技术缺失、关键零部件断供等问题，供应链安全已成为政府及行业的首要关注点，相关技术、人才资源随之大量向薄弱环节倾斜，这也为操作系统领域诞生技术突破提供了必备条件。 2.当前操作系统的市场格局 图五：车用操作系统细分市场 车控操作系统 车载操作系统 底层内核系统 (分为以Linux为代表的宏内核及以QNX为代表的微内核) 车控系统 智能驾驶系统 车载系统（按定制开发完整度由高到低又可以进一步分为完整型、ROM型和超级APP） 资料来源：车用操作系统标准体系 根据应用领域，可以将目前的车用操作系统分为4个关键细分市场，分别是底层内核系统、车控系统、智能驾驶系统及车载系统。 当前汽车系统市场正经历发展的第二阶段，即系统域集中阶段。预计在中短期内，4个关键细分市场仍将同时独立存在，直至中央计算机架构出现，汽车系统有望进入第三阶段，既中央计算集中架构，并完成多系统的完全整合。因此我们认为： •中短期内，车载系统完成一轮洗牌后，未来会出现头部企业个别领先OEM通过自研操作系统打造半封闭生态（如特斯拉），其他绝大多数OEM将迫于安卓内核限制及团队维护压力选择接入外部车载系统；同时，在中短期内，智能驾驶系统将保持群雄逐鹿状态，以OEM为核心的联合定制模 式将持续存在； •但长期看来，当中央计算机架构出现时，同时具备三类操作系统供应能力的企业将有机会成为Tier- 0.5供应商，从而进一步提升自身在汽车供应链中的价值。 1)底层内核系统：本土厂商乘国产化浪潮厚积薄发，打破海外OS主导地位 未来趋势研判 竞争格局现状 底层内核系统又称为底层操作系统，提供操作系统最基本的功能，负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。 车用操作系统出于内核层的差异性，又可分为基于微内核的实时操作系统（RTOS）和基于宏内核的非实时操作系统。微内核的RTOS在汽车这类注重高实时、高可靠和高安全的领域得到了广泛应用，目前QNX、VxWorks等系统已经实现了商用化，国内一些头部操作系统厂商也在积极投入该领域，并乘着国产化之东风实现了技术和产品化上的双突破，包括斑马智行的AliOS和华为的鸿蒙OS。例如，AliOS在基于Linux开发的宏内核之外，还研发出了自身的微内核实时操作系统，使其既能满足车载环境下对多任务处理、运行复杂软件算法等新兴需求，同时也能符合高功能安全、可靠性的合规准线。目前，AliOS已经通过汽车产品最高功能安全等级ASIL-D的认证，并且在头部自主品牌车企的智能座舱和智能驾驶产品上量产落地。 打造操作系统内核是一个耗时耗力的庞大工程，当前主流的QNX与Linux均肇始于上世纪八十年代，经过三十余年发展，地位才逐渐稳固。尽管开发技术壁垒和成本投入较高，但在供应链安全和以软件定义汽车为代表的技术迭代双重因素的驱动下，国产车用操作系统厂商有望迎来国产替代的黄金窗口期，并有机会挑战QNX和Linux在底层操作系统的主导地位。 首先，前文提到，操作系统正成为影响汽车供应链安全不容忽视的底层技术。工信部原部长苗圩在近期呼吁车企需要建立自主可控的操作系统，“如果没有操作系统，芯片再强，汽车做得再好，都是在沙滩上起高楼。”这为国产操作系统厂商上车提供了全新的机遇。一方面，主机厂希望基础软件和硬件低耦合，