智能化电动车势不可挡
当下,汽车行业的新“三化”趋势,正深刻影响着汽车产业供应链。
“三化”分别是指电动化、智能化和网联化。
其中,“电动化”是指以电力驱动作为汽车动力来源,用电机驱动车辆行驶的产业发展态势;“智能化”是指未来汽车和人的交互方式,将由机械式转换为智能交互;“网联化”主要指车联网,实现车路协同。
这“三化”趋势,如果说前些年还会引发争议,到现在,已经成为了汽车行业全面共识,尤其是电动化。
根据彭博社预测,2030年全球新能源汽车销量将达3000万辆,渗透率达到28%;到2040年全球销量有望达到6000万辆,渗透率提升至55%。
从目前的运行情况看,电动化也是“三化”中发展最快速的,新能源汽车行业已经完成了早期萌芽,正在加速迈向全面电动化的新阶段。
中汽协数据显示,2021年,我国新能源汽车销量突破 350 万辆(包括乘用车和商用车),总体渗透率达到 13.4% 。
根据公安部数据,截至今年8月底,我国新能源汽车保有量达到1099万辆,与去年同比增长65%。
工信部原部长苗圩预测,预计2022年全年,我国新能源汽车将完成产销550万辆,比去年同期增长56%;2025年新能源汽车渗透率达到20%的目标,很可能会提前三年在今年就实现。
汽车智能网联化趋势也在明显加快,L2级智能网联车渗透率不断升高。
工信部数据显示,2021年,我国乘用车新车市场中,具备L2级智能驾驶功能的车型销售476.6万辆,渗透率达到23.5%,同比增长57.2%。今年上半年,渗透率已增加至30%,开放道路测试里程超过5000公里。
汽车在向“三化”发展的同时,产业链的价值构成也在发生剧变。
在新能源汽车里,与内燃机相关的系统和元器件正在缩减,中泰证券数据显示,三电系统——电池、电驱、电控,作为电动车的核心,在整车中的成本占比分别为 38%、6.5%和 5.5%,合计已达 50%。
根据2022第四届全球新能源汽车与智能汽车供应链创新大会的数据,2021年,全球汽车供应链产业收入约1.51万亿美元。其中,传统零部件1.3万亿美元,电动智能汽车零部件仅0.21万亿美元,约占总值的14%。
而到2025年,电动智能汽车零部件占比,则有望提升至28%,预计到2030年,将超过40%。
此外,在传统燃油车时代,汽车供应链有着十分严格的层级体系,包括主机厂、一级供应商、二级供应商、三级/材料供应商等,整个产业链的核心是主机厂,欧洲、美国、日本在其中占据主导位置。
而在智能网联汽车发展趋势下,汽车产业链的核心,将变为掌握智能化、网联化等核心技术的供应商,也就加重了汽车芯片厂商和软件系统提供商的话语权。
与传统汽车供应链等级森严的线性格局相比,在新的汽车供应链中,供应链也将越来越扁平、网状化,那些在传统结构中转型慢或者不转型的企业,将面临巨大挑战和被淘汰的风险。
这也是很多人将汽车“三化”视为国产汽车弯道超车大机遇的原因——在汽车核心供应链转型重构的过程中,中国有机会利用这场变局,改变过去高端供应链空洞化的发展困境。
智能化下半场,芯片和操作系统是关键
“电动化是上半场,智能化是下半场”——这是如今汽车行业流传甚广的金句。
中国电动汽车百人会理事长陈清泰也曾表示,“下半场是基于高新技术的网联化、智能化、数字化,充满了机遇和挑战,其中芯片和操作系统作为数字化的基础,将是竞争的焦点。”
芯片自不必说,全球缺芯危机早已令国内外车企领教了芯片对于造车的重要性。
AFS统计数据显示,截至5月15日,今年全球因缺芯导致的新车减产量已经达到约172万辆,如果加上2021年减产的1050万辆,全球因缺芯导致的新车减产量已经超过了1200万辆,并且规模仍在持续扩大。
而且随着汽车电动化、智能化的持续推进,整车的芯片需求更是越来越大。
根据中国汽车工业协会的数据,2020年全球大概7600万车的年产量,需要的芯片是439亿颗;预测到2026年全球汽车产量11200万辆,需要903亿颗芯片,其中40%为新能源车;到2035年全球每年需要1285亿颗芯片,其中超过80%为新能源车芯片。
随着美国制裁的升级,我国芯片解决卡脖子的问题也愈发迫切。在先进制程的芯片流片方面,近段时间炒得很热的Chiplet(芯粒)技术,被很多人视为中国芯片弯道超车的“杀手锏”。
虽然Chiplet能否真的让国产芯片弯道超车,目前似乎还看不到确切的答案,但可以确定的是,芯片供应链自主化已经在业内有了足够的意识,国产替代也一直在持续推进,任何可能的办法都在尝试。
在汽车智能网联中,如果说芯片提供的是“物质基础”,那么“上层建筑”则是要靠操作系统来完成的。
对此,在今年举办的第四届全球新能源与智能汽车供应链创新大会上,前工信部负责人苗圩指出,“在功能产品向智能产品的转换过程当中,如果没有操作系统,芯片再强,都是在沙滩上起高楼。”
操作系统(operation system),一般存在于计算系统中,是计算系统的核心底层基础软件,负责控制、管理、调度整个计算系统的硬件资源和软件资源。
大家应该对操作系统并不陌生,智能设备发展到一定程度后一般都需要专门的 OS,比如手机的操作系统有Android 和 iOS,常见的电脑的操作系统有windows、mac OS和linux。
汽车操作系统也是从传统汽车电子不断演变而来的。
传统汽车电子产品可分为两类:一类是电子控制单元(ECU),控制车辆关键部件(如发动机、变速箱、动力电池)协同工作。另一类是车载娱乐信息系统(IVI),如仪表、娱乐音响、导航系统、HUD等。
未来的汽车操作系统将主要分为自动驾驶 OS 和智能座舱 OS 两大类。通常来说,智能座舱域操作系统注重开放、兼容性和生态,自动驾驶域操作系统更注重实时、安全和稳定性。
为什么操作系统在汽车智能化中如此重要?
以前,在传统汽车的分布式EE 架构中,发挥具体功能的个体是电子控制单元ECU,一辆车上的ECU 数量可以多达几十种上百种,每个ECU 中都有MCU芯片进行算力的提供,实现相应的功能。
在ECU的模式下,MCU与算法是高度耦合的,MCU 供应商提供芯片的同时,也嵌入了算法。所以,对于传统车厂而言,重要的工作是汽车的组装和集成,并不需要自己去开发软件算法,也自然不会去关注操作系统。
而现在,随着汽车电子电气架构由分布式架构向中央集中式架构转变,电子控制单元的控制权向域集中演化,原本基于不同底层操作系统的ECU开始合并,汽车操作系统也呈现融合态势,对应的则是集中计算平台。
不同的算法跑在平台上,涉及到的运算任务变多,多线程同时运行,这显然提升了对操作系统的功能和性能要求。
也就是说,汽车功能日益丰富的背后,是愈发复杂的电控系统、车身系统、娱乐系统和电子电气架构,智能网联化的趋势正在使汽车逐步从一个纯工业制造品向IT 产品演化。
“软件定义汽车”和“算法决定成败”的观点也正在被越来越多的人接受。
据麦肯锡预测,预计到2030年,软件驱动车辆内容将占据30%,软件体系的差异化成为汽车价值差异化的关键。
今年,理想汽车在一季报中披露了2.8亿元的其它收入,据其联合创始人兼首席财务官李铁透露,这主要来自于增值税即征即退,因为公司现在被认定为软件企业。
一家车企,被官方认证为软件公司,并获得了优惠政策,这在某种程度上也印证了,软件与汽车的界限,的确正在变得愈发模糊。
软件定义汽车,操作系统是“灵魂”
其实,在智能驾驶发展的初期,产业关注度主要集中在硬件载体和底层算力(汽车芯片)上,因为这些是初期阶段里不同参与者拉开差距的地方,对操作系统的需求没有特别明显体现出来。
现在,随着产业的持续发展,硬件架构和硬件载体越发标准化,而智能驾驶功能的提升,对系统复杂度、算法优化的需求日渐增加,软件能力就成为了发展的核心要素。
在传统的供应链体系中,芯片厂商负责芯片级的功能安全;而从完整计算及域控制器参考设计平台,到配套软件、功能安全测试验证等环节,过去大多通过一级供应商来完成。
现在,正如上汽集团董事长陈虹曾表述的那样,“上汽集团难以接受单一一家供应商为集团提供整体的解决方案,因为这样的话,供应商会掌握‘灵魂’,车企会则沦为‘躯壳’。”
所以,不少车企从以前的专注硬件,到现在逐渐注重操作系统,与上游的芯片、算法供应商达成广泛合作,以期在智能化浪潮中掌握更多主动权。
这也是为什么此前传统IT、移动互联网领域的企业,如阿里巴巴、滴滴、百度和小米,也纷纷涌入汽车行业。
一方面,他们在智能网联功能的研发上具备优势;另一方面,作为未来与消费者关联的接口和获取数据的通道,智能汽车终端也是科技和互联网企业的必争之地。
很多人都把过去智能手机的发展历程,类比于如今的智能汽车。
今年,华为智能汽车解决方案BU CEO余承东,还曾在2022粤港澳大湾区国际汽车博览会上表示,纯燃油车时代会迅速结束,现在还买燃油车,就像智能手机时代买功能机。
的确,智能汽车发展到今天,尤其是在引入了中控大屏之后,与智能手机在众多基础能力上具备了共通之处。
比如,汽车和手机类似,都是在满足了基本功能之后进行的智能化拓展;并且,它们都是人与机器的交互,是流量入口。
相比于手机,汽车电子电气架构更加复杂,不同数据类型对芯片和操作系统的要求不一样,会有多操作系统共存的情况,对操作系统的集成调度能力和安全稳定的要求也更高。
从代码量来看,据电子设计自动化企业新思科技(Synopsys)统计,智能手机中的安卓系统代码量约为13万行,电脑操作系统Windows Vista为5000万行,而一辆高端汽车的代码量可达一亿行。
半导体公司恩智浦也预测,2015-2025年,汽车中代码量将呈现指数级增长,年均复合增速达21%。
其实,也不只是操作系统,但凡是汽车行业的,大家常常都会听说一个词,叫“车规级”。车企喜欢说自己用的是“车规级”零部件,一级供应商也喜欢说自己用的是“车规级”芯片。
这是因为汽车产品的标准通常都要比消费产品的要求高很多,所以“车规级”的标签也更具技术含量。
自主“灵魂”,隐忧犹存
与手机端相同,车机OS若按照层级的划分,可进一步分为底层车机OS和顶层车机OS。
其中,底层车机OS是从内核到组件均全新打造的操作系统,如QNX、Linux、WinCE 等。
底层基础操作系统的研发,是一个系统性工程,开发难度大、开发周期较长,需要投入大量的人力、财力,目前基本没有企业会开发全新的底层操作系统。
顶层车机OS,就是在底层操作系统上,进行二次开发的系统,根据开发程度的不同又分为深度定制型和ROM型操作系统。
其中,深度定制型是基于底层操作系统,从内核到应用程序层,都进行深度改造,同时优化硬件资源,典型的如大众VW.OS、阿里AliOS 等。
ROM 型操作系统则是基于Linux或安卓自有架构,对汽车服务层及应用层二次开发,不涉及系统内核更改,如小鹏Xmart OS,蔚来OS,比亚迪 DiLink、奇瑞 GKUI等。
所以,和手机类似,在智能汽车中,底层车机OS依旧把握着内核,相较顶层车机OS而言,更掌握“价值核心”。
在处于风口的智能网联车领域,经常有厂商说自己做的是操作系统,但如果细究,对标QNX/Linux这样级别的操作系统来看,很多所谓的操作系统其实都是伪OS。
并且反观PC和智能手机,操作系统在其中都不是孤立的存在,而是一种生态。
在智能手机领域,苹果和安卓之所以能够成功,也是因为形成了自身良好的生态圈。而在 Android 和 iOS 分食了绝大部分市场的前提下,其他厂商要成功推出新手机操作系统来抢占市场的难度是很大的。
此前,三星、诺基亚推出的手机操作系统均以失败告终;华为的鸿蒙系统之所以优先运用于自动驾驶、工业自动化和医疗,也是因为这些领域还没有形成垄断格局,更利于建立生态。
目前,QNX、Android和Linux系统是市面上车型底层操作系统的主流选择。根据 ICVTank 的预测,2022年三者占比将超过90%,呈现三足鼎立的局面。
其中,Linux在基于“宏内核”与“开源”两大特点下,具备极高的灵活性与开放性,但在移动端的缺席使其缺乏相关的软件储备,应用生态并不完善,需要主机厂二次开发或适配。
安卓在Google的开源战略下,系统开放性强,加之在移动端的软件积累,拥有丰富的应用生态,也因此,自主品牌、造车新势力、第三方服务商多基于安卓来定制车机OS。
而QNX作为闭源系统,开发者人数相对缺乏,生态建设也较为闭塞。根据黑莓官方统计,QNX车载程序数量在270个左右,虽然数量在不断增长,但是相较于安卓数十万的软件应用,仍差距较大。
国产操作系统起步较晚,目前国内很多厂商都主要基于生态丰富、系统开源免费的安卓,通过定制型操作系统、ROM型操作系统、或超级APP三种方式切入市场。
尽管美国制裁华为的前车之鉴已经表明,如果没有自己的操作系统,未来的国产智能汽车,也将受制于人,特别是在拓展海外市场方面存在较大的风险。
但操作系统的推出,其实不仅是技术层面的问题,更是一个商业问题。
正如前文提到的,如果追求纯粹的国产化,一切从头开始的话,将耗费巨大,甚至最后仍以失败告终,这并不是个符合商业利益的做法。
好消息是,现在全球智能汽车发展的格局并未落定,操作系统作为智能汽车的“灵魂”,国内厂商并未轻易让出这一领域,尽管自研并不是最高效的做法,但很多厂商都在努力推出自己深度定制化操作系统。
坏消息是,市场竞争极其激烈,留给我们的时间窗口大概有三年时间,最多五年。而且一旦定局形成,很可能就是丛林法则,赢者通吃,失败者连跟着喝汤都很难。
拭目以待吧。
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新华财经:《智能网联汽车行业强劲扩张 催动测试产业数字化转型》https://www.cnfin.com/yw-lb/detail/20220918/3710570_1.html
中国经济网:《多重利好释放 智能网联汽车产业化跑出“加速度”》 http://m.ce.cn/ttt/202209/18/t20220918_38111220.shtml
证券日报网:《苗圩:今年有望实现新能源汽车20%渗透率的目标 应加快建立自主可控的车用操作系统》http://www.zqrb.cn/auto/qichedongtai/2022-09-07/A1662534780855.html
中国汽车报:《再议“软件定义汽车”》 http://www.cnautonews.com/chengyongcar/2022/06/08/detail_20220608351139.html
中国汽车报:《软件变现:汽车业新战场》http://www.cnautonews.com/zhinengwl/2022/03/21/detail_20220321349945.html
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