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智能汽车深度系列之一：汽车软件的星辰大海

核心观点

• 软件成为智能汽车差异化的核心：随着汽车智能化趋势的发展，软件和算法逐步成为车企竞争的核心要素。硬件配置趋同，软件价值不断提升，预计到2030年，汽车中软件价值占比将达到30%，全球汽车软件市场规模将从2020年的350亿美元增长至840亿美元。
• SOA架构成为主流趋势：汽车软件架构正逐步向**面向服务的架构（SOA）**演进。SOA通过接口标准化、松耦合和灵活性，实现了汽车的“软硬分离”，并支持快速的功能迭代和OTA升级。上汽、小鹏、威马等主机厂已开始布局SOA架构，未来两年或迎来SOA量产高峰期。
• 软硬件全栈能力决定竞争优势：在软件定义汽车的背景下，具备软硬件全栈能力的厂商将占据优势。传统Tier1正在向全栈技术能力转型，而软件供应商则正寻求进入硬件设计和制造环节，以增强自身竞争力。

智能汽车软件架构分层

智能汽车软件架构主要分为以下三层：

1. 系统软件层

• 功能：为上层应用提供高效、稳定的运行环境，是汽车软件架构的核心。
• 组成：
  • 硬件抽象层：包括Hypervisor和BSP，负责软硬件间的桥梁作用，支持多系统运行和硬件资源调度。
  • OS内核：主流包括QNX、Linux、VxWorks，其中QNX和VxWorks为硬实时系统，Linux通过优化可实现硬实时。
  • 中间件：AUTOSAR是当前应用最广的中间件方案，其核心理念为“统一标准、分散实现、集中配置”，提升软件模块的可复用性和可互换性。

2. 功能软件层

• 功能：提供自动驾驶的核心共性模块，如通用框架、AI与视觉、传感器等，支撑自动驾驶技术实现。
• 特点：
  • 通用框架模块：包括感知、规划、控制等模块，是功能软件的核心部分。
  • 网联模块：支持V2X通信，实现协同感知、协同规划与协同控制。
  • 云控模块：与云控基础平台交互，实现云端数据同步和决策。
  • AI与视觉模块：支持深度学习算法移植，如TensorRT、TensorFlow、Caffe等。
  • 传感器模块：规范和模块化各类传感器，实现异构信息融合。

3. 应用软件层

• 功能：包括智能座舱、自动驾驶场景算法、数据地图等，是智能汽车差异化的核心。
• 趋势：智能座舱渗透率高于全球水平，预计到2025年将超过75%；自动驾驶市场将经历快速增长，2025年市场规模预计达4000亿元。

投资建议与标的

• 投资建议：在软件定义汽车的背景下，建议关注具备完善产品矩阵和软硬件全栈能力的厂商。
• 重点公司：
  • 中科创达：车载操作系统头部厂商，拥有智能座舱平台TurboXAuto 4.5，具备全栈技术能力。
  • 光庭信息：国内领先的汽车软件及解决方案提供商。
  • 东软集团：全球领先的汽车电子产品和服务供应商，拥有智能座舱和车联网解决方案。
  • 经纬恒润：国内汽车电子头部企业，具备基于SOA架构的解决方案及高级别智能驾驶能力。

风险提示

• 汽车智能化落地不及预期。
• 芯片短缺问题持续影响行业发展。

汽车软件架构演进趋势

• 从分布式到集中化：汽车电子电气架构正从分布式转向域架构和中央计算架构，以支持更高的算力需求和软件灵活性。
• SOA架构优势：
  • 服务组件接口标准化，提升软件复用性。
  • 支持跨车型、跨平台的软件开发。
  • 降低系统集成复杂性，提升开发效率。
• 主机厂策略转变：主机厂正在构建“三大能力”——软件自研、系统架构、SOA架构，推动软件定义汽车发展。
• 产业链重塑：软件供应商正从传统的二级供应商转变为具备Tier1能力的厂商，盈利模式向平台授权、功能模块按Royalty收费等转变。

软件定义汽车的未来展望

• 技术驱动：L3及以上级别自动驾驶技术将逐步落地，2022-2023年是关键节点。
• 生态构建：车企通过自建或与供应商合作，构建软件生态，形成开发者平台。
• 市场潜力：全球自动驾驶市场规模预计在2035年超过5000亿美元，中国将达4000亿元，增速远超全球平均水平。
• 软件为灵魂：软件将成为整车的灵魂和新的利润中心，硬件成本将趋于透明，车企需在软件技术上持续投入。

图表与数据

• 图1：全球主机厂软件定义汽车布局。
• 图2：2020年部分典型高科技产品代码量对比。
• 图3：全球汽车软件与硬件内容结构占比。
• 图4：全球汽车软件市场规模预测。
• 图5：比亚迪推出BYD OS。
• 图6：华为MDC架构。
• 图7：软件是实现“新四化”的关键。
• 图8：新势力车企预埋大算力硬件以支持软件升级。
• 图9：我国智能座舱新车渗透率高于全球水平。
• 图10：我国乘用车辅助驾驶系统占比预测。
• 图11：EE架构向域架构、中央计算架构转变。
• 图12：新型EE架构下开发方式转变。
• 图13：面向信号的架构。
• 图14：面向服务的架构（SOA）。
• 图15：SOA架构降低新功能开发难度。
• 图16：主机厂需构建的“三大能力”。
• 图17：主机厂开发模型转变。
• 图18：汽车软件产业链重塑。
• 图19：软件供应商盈利模式转变。
• 图20：智能汽车软硬件架构概览。
• 图21：Hypervisor技术实现多系统运行。
• 图22：QNX Hypervisor架构。
• 图23：ACRN架构。
• 图24：BSP开发内容。
• 图25：广义OS与狭义OS对比。
• 图26：三大主流自动驾驶OS内核。
• 图27：实时OS区分任务紧急性。
• 图28：分时OS不区分任务紧急性。
• 图29：QNX系统架构图。
• 图30：微内核OS提供内存保护。
• 图31：中间件位于基础层与应用层之间。
• 图32：中间件推动软硬件解耦。
• 图33：AUTOSAR联盟拥有300多家合作伙伴。
• 图34：AUTOSAR推动EE架构演进。
• 图35：AUTOSAR提升软件模块可复用性。
• 图36：AUTOSAR Classic Platform架构。
• 图37：Classic Platform基础软件层。
• 图38：AUTOSAR Adaptive Platform架构。
• 图39：智能驾驶功能软件平台架构。
• 图40：V2X交互对象分类。
• 图41：车联网云控平台结构。
• 图42：特斯拉AI+纯视觉解决方案。
• 图43：自动驾驶需要多传感器融合。
• 图44：汽车价值链重塑。
• 图45：用户对智能座舱配置的需求。
• 图46：智能座舱新车渗透率提升。
• 图47：全球自动驾驶市场规模预测。
• 图48：中国自动驾驶市场规模预测。
• 图49：不同级别自动驾驶对地图的需求。

相关公司布局

• 上汽零束软件：发布Z-ONE SOA平台，计划2022年量产。
• 小鹏汽车：采用混合SOA架构，计划2022年量产。
• 威马汽车：在W6中应用SOA平台，实现自定义场景编程。
• 合众新能源：哪吒S基于SOA架构开发，预计2022年下半年量产。
• 中科创达：开发QNX Hypervisor和BSP，支持多系统运行。
• 东软集团：参与ACRN项目，开发智能座舱与车联网解决方案。
• 华为：推出越影操作系统，兼容AUTOSAR标准。
• 经纬恒润：具备SOA架构解决方案及高级别智能驾驶能力。
• 未动科技：开发高安全、高性能的自动驾驶中间件，已获得10家主机厂项目定点。