2022年中國新能源汽車行業(yè)系列研究：智能化博弈車載OS兵家必爭：先導篇 -頭豹

研究報告2022/092022年中國新能源汽車行業(yè)系列研究——智能化博弈，車載OS兵家必爭：先導篇2022SeriesResearchReportonChinaNEVIndustry——TheGameofIntelligence,TheFightofDigitalCockpitOS:Preface報告標簽：新能源汽車、汽車軟件、智能座艙、車用操作系統(tǒng)、車載操作系統(tǒng)報告提供的任何內容(包括但不限于數據、文字、圖表、圖像等)均系頭豹研究院獨有的高度機密性文件(在報告中另行標明出處者除外)。未經頭豹研究院事先書面許可，任何人不得以任何方式擅自復制、再造、傳播、出版、引用、改編、匯編本報告內容，若有違反上述約定的行為發(fā)生，頭豹研究院保留采取法律措施、追究相關人員責任的權利。頭豹研究院開展的所有商業(yè)活動均使用“頭豹研究院”或“頭豹”的商號、商標，頭豹研究院無任何前述名稱之外的其他分支機構，也未授權或聘用其他何第三方代表頭豹研究院開展商業(yè)活動。市市場研讀|2022/09頭豹謹此發(fā)布中國新能源汽車行業(yè)系列報告之《車載OS博弈，“兵家必爭”：先導篇》。本報告旨在分析車載操作系統(tǒng)發(fā)展背景、基本架構及分類等。本報告所有圖、表、文字中的數據均源自弗若斯特沙利文咨詢(中國)及頭豹研究院調查，數據均采用四舍五入，小數計一位。-072-5588中國：新能源汽車系列架構演變，車整車電子電氣架構升級帶來軟硬件解耦，軟件將定義未來智能汽車的功能。車用操作系統(tǒng)是汽車軟件的基石，也是傳統(tǒng)汽車實現智能汽車升級的關鍵，具備承上啟下的作用，對內車用操作系統(tǒng)連接并統(tǒng)一管理控制智能汽車硬件資對外車用操作系統(tǒng)提供用戶交互界面。智能座艙先行落地，車用車用操作系統(tǒng)可分為車控操作系統(tǒng)及車載操作系統(tǒng)，其中車載操作系統(tǒng)面向智能座艙，管理信息娛樂及感知交互領域。在較長一段時間內人機共駕的場景下，智能座艙將領跑汽車智能化，作為軟件定義汽車的可視化窗口，集聚用戶能夠直觀感受體驗的功能，因而與之息息相載操作系統(tǒng)成為焦點。從消費電子看汽車電子，車智能座艙操作系統(tǒng)與智能手機操作系統(tǒng)發(fā)展路徑相似，當前處于軟件定義階段，未來將向生態(tài)定義過渡，決勝關鍵在于圍繞“車輛-用戶”態(tài)構建，即完善生態(tài)資源，豐富車端應用；管理生態(tài)環(huán)境，維護駕乘安全；提高生態(tài)適配，軟硬兼容；拓寬生態(tài)邊界，打造功能互聯(lián)。23中國云原生行業(yè)研究|2021/7目錄u汽車電子電氣架構的演變：汽車軟件化的前提----------------------------------07u車用操作系統(tǒng)：汽車軟件化的起點----------------------------------09u車載操作系統(tǒng)：智能座艙底層技術支撐----------------------------------u車載操作系統(tǒng)分類及布局----------------------------------u車載操作系統(tǒng)發(fā)展勝負手：生態(tài)搭建及管理----------------------------------u方法論----------------------------------u法律聲明----------------------------------4中國云原生行業(yè)研究|2021/7ContentsuTheEvolutionofE/EArchitectures----------------------------------07uVehicleOS----------------------------------09uDigitalCockpitOS----------------------------------uClassificationsandParticipantsofDigitalCockpitOS----------------------------------uEcosystemConstructionandManagementofDigitalCockpitOS----------------------------------uMethodology----------------------------------uLegalStatement----------------------------------5中國云原生行業(yè)研究|2021/7圖表目錄u圖表1：汽車電子電氣架構演變----------------------------------07u圖表2：軟件定義汽車總體架構----------------------------------08u圖表3：車用操作系統(tǒng)分類----------------------------------09u圖表4：QNX數字座艙平臺----------------------------------u圖表5：車載操作系統(tǒng)構成----------------------------------u圖表6：車載操作系統(tǒng)分類----------------------------------u圖表7：車載操作系統(tǒng)與手機操作系統(tǒng)類比----------------------------------6中國云原生行業(yè)研究|2021/7u車用操作系統(tǒng)：運行于車內的系統(tǒng)程序集合，以實現管理硬件資源、隱藏內部邏輯提供軟件平臺、提供用戶程序與系統(tǒng)交互接口、為上層應用提供基礎服務等功能，包含車控操作系統(tǒng)和車載操作系統(tǒng)u車控操作系統(tǒng)：運行于車載智能計算基礎平臺異構硬件之上，支撐智能網聯(lián)汽車駕駛自動化功能實現和安全可靠運行的軟件集合u車載操作系統(tǒng)：運行于車載芯片上，管理和控制智能網聯(lián)汽車車載軟件、硬件資源的軟件集合，為智能網聯(lián)汽車提供除駕駛自動化功能實現以外的服務，包括車載信息娛樂、網聯(lián)、導航、多媒體娛樂、語音、輔助駕駛、AI等服務u系統(tǒng)軟件：車控操作系統(tǒng)中支撐駕駛自動化功能實現的復雜大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)運行環(huán)境，分為安全車控系統(tǒng)軟件和智能駕駛系統(tǒng)軟件uOS：OperatingSystem，操作系統(tǒng)，是一組主管并控制計算機操作、運用和運行硬件、軟件資源和提供公共服務來組織用戶交互的相互關聯(lián)的系統(tǒng)軟件程序uRTOS：RealTimeOperatingSystem，實時操作系統(tǒng)，是指當外界事件或數據產生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結果又能在規(guī)定的時間之內來控制生產過程或對處理系統(tǒng)做出快速響應，調度一切可利用的資源完成實時任務，并控制所有實時任務協(xié)調一致運行的操作系統(tǒng)。提供及時響應和高可靠性是其主要特點uAPI：ApplicationProgrammingInterface，應用程序編程接口，是軟件系統(tǒng)不同組成部分銜接的約定uCPU：CentralProcessingUnit，中央處理器，是計算機系統(tǒng)的運算和控制核心，是信息處理、程序運行的最終執(zhí)行單元uMCU：MicrocontrollerUnit，微控制單元，又稱單片微型計算機或者單片機，是把中央處理器的頻率與規(guī)格做適當縮減，并將內存、計數器、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制uV2X：VehicletoEverything，車與外界的互聯(lián)，即車對外界的信息交換。車聯(lián)網通過整合全球定位系統(tǒng)導航技術、車對車交流技術、無線通信及遠程感應技術奠定了新的汽車技術發(fā)展方向，實現了手動駕駛和自動駕駛的兼容(跨)域集段段分每個功能有對應的獨立ECU模塊化多個功能對應單個ECU，ECU數量減少劃分功能域，軟硬件解耦，(跨)域集段段分每個功能有對應的獨立ECU模塊化多個功能對應單個ECU，ECU數量減少劃分功能域，軟硬件解耦，基礎控制器標準化在功能域基礎上進行跨域融合，由跨域控制單元進行控制車載電腦和區(qū)域導向架構，功能域升級為通用計算平臺車內架構簡化，部分功能轉移至云端集中化中國：新能源汽車系列汽車電子電氣架構的演變：汽車軟件化的前提““移動生活空間”需求旺盛推動汽車電子電氣架構演變，集中式架構抬升軟件價值量，軟件將定義未來智能汽車的功能n“移動生活空間”需求延續(xù)推動汽車電子電氣架構演變伴隨著互聯(lián)網等智能科技的迅猛發(fā)展及加速滲透，用戶消費習慣從功能產品向智能產品轉換，而此種偏好及價值取向從消費電子延續(xù)至汽車電子，消費者對汽車產品屬性的期待由“基本出行工具”向“移動生活空間”轉變，智能駕駛、智能座艙等場景需求持續(xù)走高。為加速向智能電子終端的轉型，汽車電子電氣架構沿“分布式電子電氣架構-(跨)域集中式電子電氣架構-集中式電子電氣架構”路線演進，以“計算及功能集中化”、“硬件與軟件及軟件與軟件解耦”、“高帶寬通信”等新興特征實現智能汽車復雜功能。汽車電子電氣架構演變移動互聯(lián)網持續(xù)滲透消費者市場需求智能汽車硬件價值量占比高硬件標準化價值弱化軟件定義汽車價值量上升來源：CSDN，博世，頭豹研究院編輯整理400-072-5588市場研讀|2022/09中國：新能源汽車系列n集中式架構抬升軟件價值量，軟件將定義未來智能汽車的功能過去分布式架構下硬件為主導，軟硬件的依賴程度高，功能新增或升級復雜度高。整車E/E架構升級帶來軟硬件解耦，推動軟硬件實現分離，支持硬件和軟件的獨立開發(fā)及后續(xù)OTA功能升級。未來硬件平臺將有可能向“標準化”、“通用化”及“模塊化”發(fā)展，而軟件將基于“可移植”市場研讀|2022/09中國：新能源汽車系列n集中式架構抬升軟件價值量，軟件將定義未來智能汽車的功能過去分布式架構下硬件為主導，軟硬件的依賴程度高，功能新增或升級復雜度高。整車E/E架構升級帶來軟硬件解耦，推動軟硬件實現分離，支持硬件和軟件的獨立開發(fā)及后續(xù)OTA功能升級。未來硬件平臺將有可能向“標準化”、“通用化”及“模塊化”發(fā)展，而軟件將基于“可移植”、“可擴展”以及“可迭代”的特性，定義未來智能汽車的功能，其價值量占比也因此提升，增量空間廣闊，軟件成為主機廠打造產品差異化的核心機遇。軟件定義汽車總體架構云平臺VX試功能軟件算法庫感知算法模塊融合算法模塊定位算法模塊預測算法模塊決策算法模塊規(guī)劃算法模塊控制算法模塊系統(tǒng)軟件感知執(zhí)行異構計算平臺傳感器毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達、攝像頭、HDMAP動力系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)400-072-5588計算單元中間件及組件API智能座艙域駛域功能域車身域GPUCPUISPMCU加速核…AUTOSARAdaptivePlatform(POSIXOS)工具鏈(開發(fā)、仿真、調試) 安全體系(功能安全、信息安全)應用應用OSRTOSAUTOSARClassicPlatformOSBSP/Drivers硬件驅動及適配層Hypervisor虛擬機市場研讀|2022/09中國：新能源汽車系列車用操作系統(tǒng)：汽車軟件化的起點車車用操作系統(tǒng)是傳統(tǒng)汽車向智能汽車升級的起點及關鍵，具體可劃分為車控操作系統(tǒng)及車載操作系統(tǒng)n車用操作系統(tǒng)是傳統(tǒng)汽車向智能汽車升級的起點及關鍵縱觀智能汽車架構，車用操作系統(tǒng)是運行于車內的系統(tǒng)程序集合，負責對內管理和對外交互。對內車用操作系統(tǒng)連接并統(tǒng)一管理控制智能汽車硬件資源，為汽車軟件提供運行環(huán)境、通信及安全機制等，為上層應用提供基礎服務；對外車用操作系統(tǒng)提供用戶交互界面，深度參與智能互聯(lián)生態(tài)。車用操作系統(tǒng)具備承上啟下的作用，是汽車軟件的基石，也是傳統(tǒng)汽車實現智能化升級的關鍵。n車用操作系統(tǒng)可分為車控操作系統(tǒng)及車載操作系統(tǒng)全國汽車標準化技術委員會于2019年發(fā)布《車用操作系統(tǒng)標準體系》，明確車用操作系統(tǒng)可劃分為車控操作系統(tǒng)及車載操作系統(tǒng)。車控操作系統(tǒng)對實時性、安全性、可靠性以及算力等要求較高，具體按功能可細分為安全車控操作系統(tǒng)及智能駕駛操作系統(tǒng)：安全車控操作系統(tǒng)主要管理動力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)及車身系統(tǒng)等經典基礎硬件，面向車輛控制場景；智能駕駛操作系統(tǒng)應用于智能駕駛領域。車載操作系統(tǒng)面向智能座艙，管理信息娛樂及感知交互領域，應用于中控、儀表盤、T-box遠程通信終端等部分，實時性以及安全可靠性相關需求稍低。車用操作系統(tǒng)分類動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)儀表盤儀表盤智能駕駛域控制器T-boxT-box來源：汽標委，2022全球新能源與智能汽車供應鏈創(chuàng)新大會，頭豹研究院編輯整理400-072-5588市場研讀|2022/09中國：新能源汽車系列智能座艙底層技術支撐：車載操作系統(tǒng)智智能座艙是軟件定義汽車的可視化窗口，其應用與服務的底層技術支撐為車載操作系統(tǒng)，是車企及供應商的必爭之地n智能座艙領跑汽車智能化，作為軟件定義汽車的可視化窗口，車載操作系統(tǒng)為必爭之地國外在車控操作系統(tǒng)方面起步較早，其中安全車控操作系統(tǒng)發(fā)展較為成熟，而受技術及法規(guī)雙重限制，完全解放雙手的駕駛體驗仍為終極想象，而智能駕駛操作系統(tǒng)研發(fā)進程不及預期，生態(tài)完善尚早。而在較長一段時間內人機共駕的場景下，智能座艙作為軟件定義汽車的可視化窗口，集聚用戶能夠直觀感受體驗的功能，強力支撐人機交互，蘊含巨大的商業(yè)價值，是各家汽車智能化競爭重點。因而作為智能座艙應用與服務的底層技術支撐的車載操作系統(tǒng)成為焦點，熱度居高不下，系統(tǒng)及生態(tài)發(fā)展迅速。“環(huán)境感知”、“多模交互”和“車云結合”是新能源汽車智能座艙發(fā)展的三大基調，智能座艙集成儀表顯示、信息娛樂、中控屏、語音交互、視覺感知等多樣化的系統(tǒng)功能?；诖?，車載操作系統(tǒng)架構需要實現①一芯多屏(多屏融合、多屏互動)；②單屏多系統(tǒng)(虛擬運行環(huán)境、多應用生態(tài)融合)、③一芯多功能單元(信息娛樂、T-box等)三類應用，以合理調配計算資源，承擔大量的多任務執(zhí)行需求，支持豐富的應用與服務。QNX數字座艙平臺統(tǒng)ackBerryAndroid&QNX安全系統(tǒng)omPKI儀表盤系統(tǒng)來源：QNX，頭豹研究院編輯整理400-072-5588市場研讀|2022/09中國：新能源汽車系列車載操作系統(tǒng)構成自上而下硬件平臺應用軟件、數據地圖、HMI、感知融合、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行AI和視覺模塊、傳感器模塊、聯(lián)網模塊、云控模塊…間件組件、內核即狹義操作系統(tǒng)、Hypervisor/BSP/DriversAIAI單元/計算單元(ASIC/GPU/CPU/FPGA)、控制單元MCU應用算法軟件n車載操作系統(tǒng)架構一般為多系統(tǒng)架構，由應用算法軟件、功能軟件、系統(tǒng)軟件以及硬件平組成智能座艙中功能應用，如中控、儀表盤等，對實時性、安全性等要求有所差異，不同部分對應不同的操作系統(tǒng)。為滿足不同功能、性能和安全的隔離需求，利用虛擬層的“一套硬件多操作系統(tǒng)”的多系統(tǒng)架構應運而生，且逐漸成為未來趨勢。廣義上看，車載操作多系統(tǒng)架構自上而下可分為應用算法軟件、功能軟件、系統(tǒng)軟件以及硬件平臺：?應用算法軟件：為實現智能座艙特定功能的軟件?功能軟件：提供核心共性功能模塊，如通用框架、傳感器模塊、聯(lián)網模塊、云控模塊、多模交互等?系統(tǒng)軟件：①硬件抽象層，包括BSP、硬件虛擬化技術Hypervisor等，提供虛擬硬件平臺，隔離車載應用的功能域，支持同一個SoC上運行多套系統(tǒng)，建立數據交互共享機制；②內核即狹義操作系統(tǒng)，提供基本功能，決定操作系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性；③中間件，處于操作系統(tǒng)與應用軟件之間，屏蔽底層系統(tǒng)的復雜性及多樣性，銜接不同的應用，提供標準接口及協(xié)議?硬件平臺：包含AI單元及驅動層等，支持芯片選型、配置拓展以及算力堆砌來源：佐思汽研，汽標委，頭豹研究院編輯整理400-072-5588云服務應用程序應用程序云服務應用程序應用程序框架應用程序框架車輛控制汽車服務汽車服務車輛控制汽車服務標準系統(tǒng)服務標準系統(tǒng)服務系統(tǒng)內核系統(tǒng)內核虛擬機虛擬機硬件硬件市場研讀|2022/09云服務應用程序應用程序云服務應用程序應用程序框架應用程序框架車輛控制汽車服務汽車服務車輛控制汽車服務標準系統(tǒng)服務標準系統(tǒng)服務系統(tǒng)內核系統(tǒng)內核虛擬機虛擬機硬件硬件中國：新能源汽車系列車載操作系統(tǒng)分類及玩家布局操作操作系統(tǒng)內核QNX、Linux、Android三大陣營集中化格局穩(wěn)定，OEM及第三方企業(yè)深度布局賽道nQNX、Linux、Android三大陣營集中化格局穩(wěn)定，OEM及第三方企業(yè)深度布局賽道車載操作系統(tǒng)根據系統(tǒng)改造由淺至深可分為超級APP型、ROM型、定制型以及基礎型：?超級APP型：又稱車機互聯(lián)或手機映射系統(tǒng)，僅整合用戶所需的多項功能，對底層操作系統(tǒng)不做修改，研發(fā)難度以及投入成本低?ROM型：基于QNX、Linux、Android等內核對操作系統(tǒng)服務以上層級進行修改?定制型：對系統(tǒng)內核、硬件驅動、應用程序框架等進行深度定制化重構?基礎型：QNX、Linux、Android以及WinCE為典型代表，提供包括系統(tǒng)內核在內的所有底層組件QNX、Linux、Android為三大底層基座，壟斷格局穩(wěn)定，而傳統(tǒng)OEM以及新勢力一般選擇ROM型，互聯(lián)網企業(yè)及ICT公司基于消費電子領域積累的技術研發(fā)實力，布局定制型車載OS，深度挖掘系統(tǒng)改造?？傮w入局玩家較多，非底層操作系統(tǒng)百花齊放，自主底層技術仍待破局。車載操作系統(tǒng)分類ROM型ROM型云服務應用程序框架車輛控制標準系統(tǒng)服務系統(tǒng)內核虛擬機硬件應應用程序云服務應應用程序框架汽汽車服務車輛控制標準系統(tǒng)服標準系統(tǒng)服務系統(tǒng)內系統(tǒng)內核虛虛擬機硬件硬件來源：億歐智庫，頭豹研究院編輯整理400-072-5588?智能手機：傳統(tǒng)功能手機，開發(fā)成本高?智能座艙：搭載機械式儀表盤及簡單音頻?智能手機：傳統(tǒng)功能手機，開發(fā)成本高?智能座艙：搭載機械式儀表盤及簡單音頻播放設備等中國：新能源汽車系列車載操作系統(tǒng)發(fā)展勝負手：生態(tài)搭建及管理從從消費電子看汽車電子，車載操作系統(tǒng)決勝關鍵還在生態(tài)，生態(tài)內涵包含車端應用、駕乘安全、軟硬兼容及功能互聯(lián)n從消費電子看汽車電子，車載操作系統(tǒng)決勝關鍵還在生態(tài)回溯消費電子，從傳統(tǒng)功能機到掌上生活空間，智能手機架構經歷“機械定義-硬件定義-軟件定義-生態(tài)定義”的迭代過程，操作系統(tǒng)為核心樞紐。前瞻汽車電子，整車雖向大型智能終端發(fā)展，但對實時性及安全性的需求高，整體操作系統(tǒng)與智能手機操作系統(tǒng)有別；而智能座艙以中控屏幕為交互入口，搭載娛樂信息系統(tǒng)，其操作系統(tǒng)與智能手機操作系統(tǒng)發(fā)展路徑相似，當前處于軟件定義階段，未來將向生態(tài)定義邁進，決勝關鍵在于圍繞“車輛-用戶”的生態(tài)構建：?完善生態(tài)資源，豐富車端應用：車載操作系統(tǒng)需要打造原生應用，或將影音、導航、社交等手機應用程序移植到車端實現生態(tài)共享，為C端用戶提供多樣化的應用服務；?提高生態(tài)適配，支持軟硬兼容：車載操作系統(tǒng)需要芯片支持，適配不同的硬件平臺的同時兼容軟件應用；?管理生態(tài)環(huán)境，維護駕乘安全：智能座艙功能的豐富程度與系統(tǒng)復雜度、開放程度、架構集中化以及服務網聯(lián)化緊密相連，且車載操作系統(tǒng)與底盤控制、自動駕駛等車控系統(tǒng)相交互，因此信息安全以及車端功能安全等生態(tài)安全為車載操作系統(tǒng)發(fā)展重點；?拓寬生態(tài)邊界，打造功能互聯(lián)：車載操作系統(tǒng)需不斷豐富并加強基礎服務，一方面提供互聯(lián)、輔助駕駛、AI等服務支持并深度結合智能駕駛和車聯(lián)網功能，另一方面聯(lián)動便攜設備及智能終端，延展應用場景，持續(xù)為消費者提供價值車載操作系統(tǒng)與手機操作系統(tǒng)類比生態(tài)定義?智能手機：iOS的“硬件-OS-應用”的閉環(huán)生態(tài)以及Android的開放生態(tài)軟件定義?軟件定義?智能手機：觸屏時代下應用軟件發(fā)展勢頭迅猛，操作系統(tǒng)為承載平臺?智能座艙：導航等功能軟件上線，提供場景化服務，操作系統(tǒng)與硬件逐漸解耦?智能座艙：車端生態(tài)搭建逐步完善，邊界不斷拓寬硬件定義機械定義?智能手機：通訊需求為主，操作系統(tǒng)受硬件功能局限?智能座艙：車載中控顯示器等汽車電子元件數量增加，硬件為主來源：數字技術觀察，頭豹研究院編輯整理400-072-5588市場研讀|2022/09中國：新能源汽車系列u頭豹研究院布局中國市場，深入研究10大行業(yè)，54個垂直行業(yè)的市場變化，已經積累了近50萬行業(yè)研究樣本，完成近10,000多個獨立的研究咨詢項目。u研究院依托中國活躍的經濟環(huán)境，從社會保險、人工智能、大數據等領域著手，研究內容覆蓋整個行業(yè)的發(fā)展周期，伴隨著行業(yè)中企業(yè)的創(chuàng)立，發(fā)展，擴張，到企業(yè)走向上市及上市后的成熟期，研究院的各行業(yè)研究員探索和評估行業(yè)中多變的產業(yè)模式，企業(yè)的商業(yè)模式和運營模式，以專業(yè)的視野解讀行業(yè)的沿革。u研究院融合傳統(tǒng)與新型的研究方法，采用自主研發(fā)的算法，結合行業(yè)交叉的大數據，以多元化的調研方法，挖掘定量數據背后的邏輯，分析定性內容背后的觀點，客觀和真實地闡述行業(yè)的現狀，前瞻性地預測行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，在研究院的每一份研究報告中，完整地呈現行業(yè)的過去，現在和未來。u研究院密切關注行業(yè)發(fā)展最新動向，報告內容及數據會隨著行業(yè)發(fā)展、技術革新、競爭格局變化、政策法規(guī)頒布、市場調研深入，保持不斷更新與優(yōu)化。u研究院秉承匠心研究，砥礪前行的宗旨，從戰(zhàn)略的角度分析行業(yè)，從執(zhí)行的層面閱讀行業(yè)，為每一個行業(yè)的報告閱讀者提供值得品鑒的研究報告。400-072-5588市場研讀|2022/09中國：新能源汽車系列u本報告著作權歸頭