2021年中國汽車電子軟件行業重點企業發展戰略研究及項目可行性分析
?
軟件技術是汽車電子功能實現的核心技術，隨著汽車電子系統以及軟件技術應用的發展，汽車電子系統功能日趨豐富和結構日趨復雜，汽車電子軟件的設計工作量和軟件結構復雜性也越來越大。汽車電子軟件產業發展至今已有近五十年的歷程，目前主要經歷了三個發展階段：
中金企信國際咨詢公布《2021-2027年中國汽車電子軟件市場動態監測及競爭戰略研究報告》
（1）第一階段：汽車電子軟件技術在電氣時代（1970-1990?年）中的有限應用：汽車產品從誕生發展至今已有百年歷史，而上世紀七十年代電子技術才開始應用于汽車工業。發動機燃油噴射控制系統率先采用電子控制系統，來提高燃油效率。隨后半導體開關、微處理器、傳感器等新興電子元器件的不斷應用驅動汽車電子軟件的創新發展。這期間隨著電子汽油噴射技術的發展和防抱死技術的成熟，逐步實現汽車的主要機械功能由電子軟件控制。在此階段，由于機械與電子元器件的聯接與理想狀態仍有一定差距，汽車電子軟件技術的應用非常有限。
（2）第二階段：嵌入式操作系統在電子軟件時代（1990-2010?年）中的應用：隨著車載和電控系統功能的日益豐富以及汽車電子產品外部交互/接口標準的種類增加，基于微控制芯片的嵌入式電子產品逐漸需要采用類似個人電腦的軟件架構以實現分層化、平臺化和模塊化。90?年代以后，汽車電子產品逐步開始采用嵌入式操作系統，陸續出現了運算程度更高的發動機控制、自動變速、動力轉向、電子穩定程序、主動懸架、座椅位置、空調、刮水器、安全帶、安全氣囊、防碰撞、防盜、巡航行駛、全球衛星定位等汽車電子控制系統，以及車載音頻、視頻數字多媒體娛樂系統、無線網絡和智能交通等車載電子電器系統。在此階段，模塊化的電子控制單元（ECU）中嵌入相應的操作系統，搭載嵌入式操作系統的汽車電子元器件逐漸替代機械元器件發揮控制作用，汽車電子系統愈發精密復雜，汽車在此階段已然成為機電高度一體化的產物。
（3）第三階段：軟件在智能化時代（2010?年以后）成為定義汽車的工具：2010?年后，汽車電子與軟件行業推陳出新，胎壓監測系統、48V?系統、碰撞避免系統、線控轉向技術、自適應巡航系統、無線連接技術等新興技術產品不斷涌現。隨著汽車電子與軟件技術的發展，汽車智能化技術正在逐步得到應用。
隨著智能網聯趨勢的到來，汽車電子軟件不斷地改善汽車使用的體驗，如人機交互體驗、自動駕駛體驗等。同時，汽車電子軟件的開發工作范圍越發廣泛，不僅包含各硬件模塊基本功能的實現，還包含?HMI、用戶體驗（UX）、算法、操作系統、高精度地圖、空中升級技術（OTA）等。2012?年，特斯拉在美國發布的高性能電動跑車?MODEL?S?開啟了汽車智能時代。MODEL?S?是最早應用全液晶儀表以及?17?寸信息娛樂系統的量產車型，其觸摸屏、數字化組合儀表盤和方向盤按鍵無縫集成了多媒體、導航、通信、駕駛室控制和車輛數據顯示系統，通過車載中控觸摸屏用戶可控制車內大部分功能，并具備車載軟件系統的空中升級（OTA）功能。2014?年?10?月，特斯拉發布?AUTO?PILOT?自動駕駛輔助系統，實現了車道保持、限速提醒、自動剎車等高級駕駛輔助功能，并可陸續通過空中升級技術（OTA）實現自動駕駛功能的迭代和更新。2015?年國務院發布《中國制造?2025》，更將發展智能網聯汽車提升至國家戰略高度。2017?年?9?月我國第一部?V2X?應用層團體標準發布，對汽車智能互聯化起到重大推進作用。除車聯網外，未來在?ADAS、5G?通信、高精度地圖等新興技術的加持下，新一代汽車電子軟件技術有望獲得長足發展。
當下，“軟件定義汽車”成為汽車行業的重要發展趨勢。軟件不僅可通過車載控制器實現信息交互、通信、控制等功能，更將驅動汽車設計和汽車應用的創新，使汽車成為具備自主學習能力、拓展豐富功能的智能移動終端。在“軟件定義汽車”時代，汽車電子軟件的發展主要有以下特點：
①技術創新為汽車電子軟件發展創造了有利條件
A.芯片的運算能力呈指數級提升：隨著芯片運算能力的指數級提升，各大芯片廠商都推出了與算力匹配的主控芯片，由此為汽車電子軟件的發展提供了強而有力的硬件基礎。目前，一輛智能汽車所搭載的代碼量較傳統汽車大幅增加，自動駕駛軟件的平均運算量達到?10個?TOPS（Tera?Operations?Per?Second，萬億次操作每秒）量級，可見高運算能力芯片的重要性。
B.云計算和?5G?的鋪設速度加快：云平臺的計算、存儲能力和?5G?的傳輸速度為汽車電子軟件的發展提供了技術保障。“大流量、低延時”是智能網聯汽車在處理數據時提出的基本需求。如今，主流云計算廠商均針對汽車整車制造商推出了車聯網解決方案；芯片廠商、通信運營商等各方則利用?5G?技術積極推行?C-V2X?相關技術在智能網聯汽車中的應用。上述趨勢均將有利于驅動汽車電子軟件的快速發展。
②汽車電子電氣架構升級為汽車電子軟件發展營造了有利環境：
A.汽車電子電氣架構的演進歷程：目前，汽車業內普遍將整車電子電氣架構的發展分為?6?個階段：模塊化階段、功能集成階段、中心域控制器階段、跨域融合階段、車載電腦和區域控制器階段、“車-云”計算階段。根據電氣架構的不同，模塊化階段以及功能集成階段屬于分布式電子電氣架構；中心域控制器階段以及跨域融合階段屬于域集中電子電氣架構；車載電腦和區域控制器階段以及“車-云”計算階段屬于車輛集中電子電氣架構。
B.域集中式電子電氣架構有利于實現“軟件定義汽車”：汽車電子軟件技術為汽車賦予智能網聯基因，而汽車電子軟件技術在“軟件定義汽車”時代中的大量應用離不開汽車電子電氣架構的升級，域集中式電子電氣架構將有利于“軟件定義汽車”的實現。目前，汽車電子電氣架構正從分布式向域集中式變革，域集中式的汽車電子電氣架構采用域控制器實現對汽車各大功能域進行控制，從基礎硬件架構的角度推動實現汽車智能網聯化，助力行業加速實現“軟件定義汽車”。
汽車電子電氣架構的升級主要從算力利用率、整車功能協同兩個方面助力汽車智能網聯化，推動汽車加速進入“軟件定義汽車”時代。首先，“軟件定義汽車”促進汽車智能網聯化程度的提高和汽車功能的豐富。分布式的汽車電子電氣架構中，各類電子控制單元（ECU）的芯片僅在對應功能運行期間執行運算工作，其余時段芯片處理能力處于閑置狀態，算力的利用效率較低。在汽車功能日趨豐富的趨勢下，采用分布式的汽車電子電氣架構將導致電子控制單元（ECU）數量的增加，造成更大的算力閑置。而域集中式的汽車電子電氣架構將同一功能域下的電子控制單元（ECU）集成，芯片的數量較分布式汽車電子電氣架構大幅減少，芯片算力的利用效率亦將大幅提高。其次，域集中式架構提高了汽車對各類信息的融合處理能力，整車功能協同得以強化。分布式汽車電子電氣架構中，通常采用一個功能對應一套硬件，功能間交互困難。而在域集中式汽車電子電氣架構中，處于同一域中的功能對應一個域控制器，同域功能間實現協同交互。
隨著汽車電子電氣架構的變革，智能網聯汽車在硬件架構集中化、標準化的前提下可搭載的功能日漸豐富，軟件可真正定義汽車功能。
③以軟硬分離技術為代表的軟件架構升級加速汽車電子軟件發展：“軟件定義汽車”的顯著特點是硬件高度集中化、標準化，在此基礎上軟件可實現與硬件解耦，各種新興軟件技術得以在汽車中應用。
在傳統汽車中軟件高度依賴于硬件，通過嵌入硬件的方式與硬件高度耦合。隨著汽車功能的增加，各功能對應的硬件大幅增加，配套的嵌入式軟件亦隨之增加。然而，由于汽車搭載的硬件種類繁多且其對應的嵌入式軟件開發流程較為封閉，導致傳統的汽車電子軟件架構存在復用性差、模塊化受限、交互難以實現等問題。在“軟件定義汽車”時代，汽車的軟件架構復雜化程度大幅提高，其代碼量亦會幾何級數增長，傳統汽車電子軟件架構所存在的問題如無法解決，汽車智能網聯化將無法實現，汽車電子軟件架構亟需升級。
目前市場所采用的主流軟件架構升級主要通過軟硬分離進行，即實現軟件與硬件間的分層解耦，提高軟件通用性。具體而言，?經典?AUTOSAR（Classic?AUT?OSAR）及自適應?AUTOSAR（Adaptive?AUTOSAR）混合方式是實現軟硬分離的主要途徑。AUTOSAR?可提供標準的接口定義、軟件模塊化設計，從而令軟件及其組件不受硬件影響。經典?AUTOSAR?主要面向基于電子控制單元（ECU）的傳統汽車嵌入式軟件，自適應?AUTOSAR?主要面向更為復雜的基于域控制器或中央計算平臺的汽車電子軟件。其中，自適應?AUTOSAR?相較于經典AUTOSAR?能夠更好支持強大算力的多核?SoC、服務可靈活部署、支持空中升級（OTA）等優勢，更符合“軟件定義汽車”理念下對汽車電子軟件的要求。
汽車電子軟件架構的升級，有利于汽車電子軟件與硬件間的解耦分層以及提升汽車電子軟件各功能間的交互，從而真正實現“軟件定義汽車”。汽車電子軟件與硬件解耦分層后，軟件實現模塊化設計開發，通用性大幅增強。同時，軟硬分離后軟件還可通過空中下載技術（OTA）實現在線升級，汽車智能網聯化屬性將得到提升，符合汽車作為未來移動智能終端的技術要求。汽車電子軟件架構升級后，汽車電子軟件可實現各功能間的交互，汽車電子軟件從依賴于硬件提供單一功能架構轉變為面向服務架構（SOA），汽車可在不更換或增加硬件的條件下通過不同的軟件配置為駕駛員提供多樣的服務。
④軟件價值在汽車整車內容結構中的占比大幅提高：汽車的發展經歷了“機械定義汽車”、“電子電氣定義汽車”兩個階段，目前處于向“軟件定義汽車”變革的轉折點。其中，“機械定義汽車”強調汽車的動力性能，“電子電氣定義汽車”強調汽車在駕駛過程中的安全性、舒適性，“軟件定義汽車”強調汽車的個性化用戶體驗，實現智能化與網聯化。
隨著汽車智能網聯化程度的提高，軟件在汽車整車內容結構中占比逐漸提高。根預計，全球汽車整車內容結構中軟件驅動的占比將在?2030?年達到30%。“機械定義汽車”時代，汽車業形成的關鍵技術集中于發動機及機械傳動系統領域；“電子電氣定義汽車”時代，汽車業形成的關鍵技術是通過電子控制系統與車載電氣系統實現對動力、底盤、車身等關鍵功能領域的控制；而在“軟件定義汽車”時代，汽車業的技術攻關重點將在于如何實現汽車電子軟件由單一功能架構轉變為面向服務的基礎架構，為汽車不斷賦予附加價值和提升智能網聯化水平。隨著人工智能、5G?通信、車聯網等新興技術的介入，軟件在汽車整車內容結構中的比重將逐步提高，汽車將逐步從傳統的交通工具演變為高度智能網聯化的移動終端。
3、汽車電子軟件的發展趨勢:作為我國軟件產業的發展新力量，汽車電子軟件有望在國家有關政策以及智能網聯汽車快速發展的共同推動下，成為我國軟件產業未來繼續保持快速增長態勢的新動力。
目前主流的汽車電子軟件服務商有?Elektrobit、中科創達、東軟集團及發行人等。相對于其他軟件定制市場，汽車電子軟件市場格局比較分散。根據天風證券研究所預測，2018?年汽車軟件定制市場規模約為?65.40?億元，2023?年全球汽車軟件定制市場空間有望達到?275.42?億元，年均復合增長率為?30%。據預測，2015-2025?年汽車軟件代碼量有望呈指數級增長，其年均復合增速約為21%。
（1）汽車電子電氣架構變革使汽車電子軟件保持高速穩定增長:汽車向智能化、網聯化、電動化發展驅動汽車電子電氣架構不斷變革，逐漸從分布式架構向域集中式架構演進。在分布式階段，車輛各功能由不同的電子控制單元（ECU）控制，一輛車分布著上百個電子控制單元（ECU）；到了域集中式階段，高級駕駛輔助系統（ADAS）、電控系統、信息娛樂與儀表顯示系統等功能可以通過域控制器實現局部的集中化處理。伴隨汽車電子電氣架構的演進，汽車逐步向移動的智能終端演化，軟件價值不斷提升。根據美國電氣和電子工程師協會與?IHS?咨詢的報告，20?世紀?80?年代初，一輛轎車的軟件系統只有約?5?萬行程序代碼；而如今，高端豪華汽車的軟件系統則有近?6,500?萬行程序代碼；近40?年的發展中，汽車軟件代碼量提升了?1,300?倍。隨著代碼量的增長以及軟件功能的增加，汽車電子軟件的復雜度也日益提升。
（2）智能駕駛推動汽車電子軟件創新:智能駕駛最終目標是實現完全自動駕駛。2020?年?3?月?9?日，工信部發布了《汽車駕駛自動化分級》公告，將汽車駕駛自動化分為六個等級，分別為?0?級應急輔助駕駛到?5?級完全自動駕駛。從?0?到?5?級，自動駕駛能力逐級遞增。智能駕駛的基本工作原理就是通過各類傳感器，如攝像頭、雷達、紅外線設備等，不斷搜集汽車周邊信息，通過人工智能技術輔助駕駛員做出判斷和決策；而完全自駕駛，則是在智能駕駛的基礎上，實現汽車對駕駛作出自主判斷與決策。智能駕駛的實現不僅對包括人工智能、感知傳感、5G、車聯網在內的新一代技術提出要求，對汽車電子軟件的創新、升級、迭代提出更高的要求。
以?ADAS?為例，ADAS?主要應用于?L1/L2/L3?級駕駛自動化。目前，ADAS包含但不限于以下功能：自動泊車輔助（APA）、自適應巡航控制、自動緊急制動、盲點探測、注意力檢測系統、前方碰撞預警系統、車道偏離預警、駕駛員疲勞探測、交通標志識別等。ADAS?乃至更高階的完全自動駕駛在運行過程中需要更多的電子控制單元（ECU）和傳感器。為了滿足自動駕駛功能的實現，汽車架構中必須引入搭載高性能的車規級芯片的域控制器、車載以太網和域集中式電子電氣架構，上述硬件設備及其功能對汽車電子軟件的設計工作量、軟件架構和算法提出了更高要求，汽車軟件代碼量呈指數級增長。由此可見，智能駕駛的出現將驅動汽車電子軟件的持續創新。
（3）汽車網聯化促進汽車電子軟件高速發展汽車網聯化是指借助新一代信息通信技術，實現車內、車與車、車與路、車與人、車與服務平臺的全方位網絡交互連接，提升汽車智能化水平和自動駕駛能力，構建汽車和交通服務新業態，是物聯網技術在智能交通系統領域的延伸。車聯網產業是汽車、電子、信息通信、道路交通運輸等行業深度融合的新型產業，是全球創新熱點和未來發展制高點。
汽車網聯化主要包括人、車、路、通信、服務平臺?5?類要素，是一個“端、管、云”三層結構體系。車聯網的實現需要包括語音識別、圖像識別、數據采集、操作系統、云計算、大數據、無線通信等關鍵技術支持。“端”層面由車輛和路側設施的各種終端單元構成，參與主體包括汽車整車制造商、汽車零部件供應商、汽車電子軟件服務商以及基礎設施集成商；“管”層面包括?4G/5G?車載蜂窩、C-V2X?和?802.11p?直連無線等通信技術構成，參與主體有通訊設備提供商、網絡運營商等；“云”層面主要是由云計算、大數據、多鏈接管理、多業務支持等技術共同構成的系統平臺，主要為車聯網提供高精度地圖、數據、系統軟件等應用生態，參與主體包括運算軟件和數據供應商、公共服務和行業服務提供商等。車聯網生態中除了車輛駕駛相關應用外還向諸多領域滲透，可以產生海量衍生應用。隨著汽車網聯化應用需求和規模的發展，汽車電子軟件行業亦將高速增長。