智能汽车产业链专题报告.docx
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1、智能汽车产业链专题报告1车机生态下的“星辰大海”作为移动互联网浪潮下划时代的产物,智能手机和智能汽车的应用生态均沿袭着 “互联时 代-智能时代-AIoT时代”的发展路径。其中,智能手机以办公应用为 切入点,通过架构的升 级赋予了操作系统承载更多应用的能力,从而实现其生 态边界向多终端联动下的“场景性工具”延伸;智能汽车则延续了手机生态的 演化路径,并创新性地将智能手机作为“应用钥匙”,率 先为其打开流量入口, 奠定了车机初期的生态。同时,伴随着自动驾驶能力的成熟,智能座舱域将与自动驾驶域实现联动,以 调用、集成ADAS的能力,从而扩大其使用场景的范围,并在 此基础上联动手 机、家电、可穿戴设备
2、等多种智能终端,驱动车机生态从“手机-汽车”移动 互 联向“汽车-AIoT”万物互联转变。回溯智能手机与智能汽车生态的演化路径,其背后的核心逻辑皆遵循着“需求的 挖掘-架构的变革-生态的延展”链条,以赋予用户在消费价值上的升维。用 户需求作为产品价值的第一要义,是驱动应用生态形成的基础。智能手机以用户 的办 公需求为出发点,依靠着PC应用程序的思维底座,构建了初期的应用生 态;对于智能汽车而言,由于其屏幕的革新,车载应用的需求获得井喷,使得 车机率先选择以移动应用的联动为出 发点,通过座舱与移动端的互联,以接入 丰富的手机应用,并通过投屏方式使得其应用能够在移动端与车端之间切换, 从而奠定了车
3、机初期的“移动生态”。 终端架构的变革使得应用生态锦上添花, 从而持续为用户带来消费价值的升维。在“互 联时代”中,尽管手机和汽车均展现了其应用生态的雏形,但仍无法根 据用户需求的变化打造 出与各自终端相适配的“精准生态”。在此背景下,架 构的全面升级,推动了智能手机、智能汽车从功能性产品向智能化终端的代际口,从而适配多样化终端,改善开发环境,以吸引AIoT开发者 向车机层面进 行“平滑”迁移; 在生态管理层面:在互联兼容的基础上,大量终端接入导致信息指数级增长, 底层车机OS对AIoT终端进行“连接-访问-信息流转”全流程管理的难度 加大,底层车机OS需提供“模块化、平台化”的管理体系,以提
4、升管理效率, 并且对此进行监 测、分析,以达到管理向“高质量/高效能”的跃进;在终端覆 盖层面:车机需解决在不同场景下品牌多样性所导致的碎片化问题,消除硬件 的物理差异,从而拓宽其自身的融合范围,实 现AIoT终端覆盖的“量、类” 齐升。纵向的深入:智能座舱在联动应用的同时将ADAS作为功能延伸,从而打造车机 的“纵向 生态”。智能座舱作为用户最直接的交互触点,其集成了液晶仪表、 中控屏幕、HUD和后座娱 乐等多终端及系统,但传统座舱功能布局的碎片化导 致人车间“无缝交流”存在障碍。因此,智能座舱率先进行了 “多屏化融合、 多系统融合”,以带来更为智能的交互体验。同时,基于 汽车架构的迭代,智
5、能座舱将“触角”延展至ADAS功能,即借助 感知层的摄像头、雷达等传感器来获取车况、路况等全方位信息,并在基于座 舱控制器下进行环境建模以及决策判断,同时将数据信息以及指令集,与车载 应用、交互进行联动,以最终实现“决策与应用”的统一执 行。此时,智能座 舱基于“车机应用与ADAS功能”的融合,赋予了用户依靠车机实现“多个 应 用一次交互,多个内容一次呈现”的流畅体验。此时,底层车机OS不仅是座舱 域应用功能 的窗口,又是ADAS功能外透及联动的主要平台,也成为缔造纵向 生态的核心。为完成以上座舱原生功能和衍生功能的管理任务,缔造纵向车机生态,我们认为, 底层车机OS,需具备开放性、安全性和低
6、延时性三大重要特征。1)开放性: 车机OS为信息娱乐 服务、车内人机交互、多源信息融合提供平台,因此其底层系统应具备开源开放的特性,为用 户提供集“工作-娱乐-生活”的丰富应用, 带来“千人千面”的个性化体验;2)安全性:车 机OS为座舱软硬件提供运 行环境,需降低其自身漏洞水平,提高其信息安全防护性;而对于仪表等承载 安全数据的组件,车机OS需提供稳定的、高度安全的管理保障,响应智能汽车 行驶安全的要求;3)低延时性:随着座舱域中ADAS功能的延伸,搭配感知 传感器每小时产生tb级别的数据,需要车机OS凭借极为迅捷的响应速度,在 极短时间内完成对数据的分析、行车决策的制定等流程。因此,这又要
7、求底层 系统具有低延时性的管理和通讯能力,进而保证行车指令能够得到快速传达与 响应。根据ICVTank的资料,当前底层车机OS主要包括QNX、Linux、安卓 和 WinCE等,2022 年 QNX、Linux和安卓三者占比将超过 90%,成为车 机OS的主要玩家。结合以上的分析维度,我们认为,在开放性层面,Linux和安卓具备得天独厚的优势,QNX略显逊色。(报告来源:未来智库)其中,Linux在基于“宏内核”与“开源”两大特点下,天然具备了极高的灵活 性与开放性,但在移动端的 “缺席”,致使其缺乏相关的“软件储备”,应用 生态并不完善,多需主机厂二次开发或适配;而安卓在Google的开源战
8、略下, 系统开放性强,加之其在移动端的软件积累,致使其应用生态丰富,这也吸引 自主品牌、造车新势力、第三方服务商依托其国内成熟的应用生态,多基于 安 卓定制车机0S,例如吉利GKUI,蔚来NIOOS,百度车联网等;相比之下,QNX作为闭源系统,其底层代码的开放度相对较弱,软件开发的 “重担”均落在黑莓公司与部分授权公司身上, 致使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,其应用数量目前仍差距 较大。ADAS功能的延伸要求车机OS具备低延时性,QNX和实时性操作系统(RTOS)优 势相对明
9、显。随着ADAS功能向车机延伸,底层车机OS在除实现上述娱乐性 功能外,还要用于车辆底盘与动力控制,乃至为上层算法等分配硬件资源,以 完成油门、转向、换挡、刹车等基本行驶功 能,并保障其ADAS能力的输出, 这也对底层车机OS低延时性提出更高要求。其中,QNX的微 内核架构使其在整合运算资源的基础上保障运算效率,延时量 在微秒级别,具有功能安全ASIL-D级别认证;反观Linux和安卓系统,其对 于程序任务的执行响应时间要求较低,具有非实时的缺陷,但Linux得益于 其自身较高的灵活性,在优化自身内核和中断服务后,实时性、稳定性得到相 对的提升,延时可达微秒量级,使其获主机厂认可,如特斯拉Au
10、topilot.造 车 新势力小鹏 P7 Xpilot3.0均选择基于Linux构建 ADAS模块。此外, 实时性操作系统如FreeRTOS、 ThreadX、VxWorks等延时量均在微秒级别,具 备高实时性以及稳定性,能够完美支持ADAS功能的展现,或会受到更多青睐。3鸿蒙系统:生于产品,止于生态作为AIoT生态下最重要的模块,操作系统已成长为串联各智能终端、赋能大生 态的中枢 角色,而以操作系统为主轴搭建的产品体系,也使得以AIoT为核心 的终局构想成为了 “有本 之木”,华为鸿蒙的诞生,更是让操作系统从产品向 生态的“技术升维”迈出了坚实的一步,其以“平台+生态”为发展战略,通过构建“
11、鸿蒙系统+鸿蒙产品”框架,将视角从智能手机等单一领域抽脱,继而落 位于以“万物互联”为灵魂的宏伟蓝图。在全场景新品发布会上,华为发布了基于全场景下的“1+8+N”智慧生活解决方案, 以智 能手机为索引,“8大智能终端”为入口,以及“30+AIoT终端”为生态 组件形成了完整的闭环。 其中,鸿蒙分布式操作系统的推出,不仅实现了对于 单体硬件边界的突破,同时也表现出该闭 环关键的“串联脉络”:即,从根本打破了不同操作系统调用其单一硬件的传统思维,真正构 建出了智能家居、智 慧办公、智慧出行、运动健康和影音娱乐等5大场景交融的“超级终端”。该定位也从侧面也体现了鸿蒙系统的两大维度:面对单一产品的“终
12、端鸿蒙” (HarmonyOS), 以及面对广博生态的“开源鸿蒙”(OpenHarmony)。我们认 为,华为将凭借在通信及消费电子 行业的积累,以“终端鸿蒙”为技术基石, 打造出面向生态底层的“开源鸿蒙”,以此对标苹 果、Google,铸造出打赢未 来生态之战的“终极武器”,而智能汽车车机OS作为当前生态中的 重要一环, 在统一鸿蒙生态土壤的培植下,也有望补全原有的互联能力短板,焕发出新的生 机。3. 1全面升维,生态级的横向整合“开源鸿蒙”筑就了鸿蒙生态的底层基础。类似于安卓系统下AOSP的定位, “开源鸿蒙” 可视作一个原生态的“根系统”,该架构主要基于鸿蒙自研微内 核、部分Linux宏
13、内核、LiteOS内核等“多内核结构”设计。其中,微内核作 为“开源鸿蒙”服务层的基础,是实现分布式、模块化管理能力的基石:微内 核架构的特点在于能将各功能进行模块化搭建,相互间相对隔绝,并配备了可供 单独调用的应用接口。当运行应用程序时,仅需把选定的系统服务加载到系统中即可,而服务内容的 变化通过调用不同的功能模块组合来实现,这极大程度提高了操作系 统灵活性 和安全性。这也导致了在微内核架构下,操作系统的量级可以自由变化,使得硬 件开 发商可以根据自身的硬件算力的需求来选择使用部分具体代码模块,但在 面对复杂度较高的任务时,对系统整体可能会产生较高的通信负担;Linux宏 内核:主要通过将内
14、核和驱动程序以核心形式去运行服务进程。因此,宏内核具备紧凑、高效等特点,能充分发挥硬件的性能优势,其主要是 “开源鸿蒙”目前为配合智能手机等高算力、多任务终端需求的过渡选择。相 较于微内核,宏内核架构中各功能模块间的耦合度相对较高,使得系统调用具备较高的效率, 可以应对更为复杂的任务场景。但耦合度高带来的重要问题 是,系统整体优化和修改将导致“牵 一发而动全身”的现象出现,形成较高的 维护成本。虽然有着这样的短板,但根据华为消费者BG软件部总裁、鸿蒙总负责人王成录 的意见,目前,对于手机端、车端等高算力系统而言, 完全脱离Linux内核 还不现实,而正处于快速开发阶段的微内核未来可能逐步对其形
15、成较强的替代 性;LiteOS内核:华为专门针对AIoT设备研发的轻量级、低功耗操作系统内核。“开源鸿蒙”对于传统操作系统功能域的全新整合,使得其完成了 “从产品到生 态”的 进阶。目前,“开源鸿蒙”项目已由华为捐献给了由工信部主导的“开 放原子开源基金会”,且实现了全面开源,使得各厂商可免费参考其架构代码 进行个性化的设计,在和基金会其他类似 开源项目形成良好互补的同时,也有 望大幅推动各AIoT终端功能框架全面标准化的进程。(报告来源:未来智库)这 也使得“开源鸿蒙”实现了 “从产品到AIoT生态”的全面进阶。传统操作 系统单一内核的设 计,使得其管理方式较为“狭义”,缺乏对不同终端运行逻
16、 辑的适配,具体表现出的“症状”包括:设备发现的低效率、连接速率的不稳 定及调度能力的滞后性等。而“开源鸿蒙”的混合 内核架构,使其能在对不同 设备的管理过程中,始终具备较强的“弹性”。除内核架构外,鸿蒙的分布式 软总线、数据管理和任务调度技术,也使得操作系统对各终端的指令下达,真正 实 现“车同轨、书同文”,大幅提高了跨终端管理的效率。从技术层面拆解,首先,“开源鸿蒙”的分布式软总线技术能够充分解决终端的 发现和连接问题。传统计算机系统通过物理导线的方式进行系统内终端的连接, 如较为常见的光纤连接等。但鸿蒙的分布式软总线技术突破了物理连接的桎梏, 在同一网络环境下即可实现以蓝牙/WiFi为主
17、的无线连接,在应用端各鸿蒙设 备间的简单触碰即可实现设备后续的自动发现。在 鸿蒙2.0操作系统的手机 使用体验上,从右侧下滑菜单栏则会直接显示所有处于同一个分布式鸿蒙操作系统下的各个智能家居的状态,单击即可在不用下载独立APP的情况下对各智 能家居进行操作,降低APP发现和连接成本。其次,“开源鸿蒙”还利用数据解耦实现了分布式数据管理和任务调度。其中, 分布式数据管理基于硬件和应用数据间的数据解耦,在跨终端数据传输效率方 面实现大幅改善。“开源鸿蒙”的分布式数据管理,首先通过对软件层用户数 据和硬件层的全面解耦,使得软件管理独立于硬件的自有运转之上,从而实现 了媲美本地数据处理速度的跨设备数据
18、处理能力。根据华 为2020HDC大会官 方披露的数据,在“开源鸿蒙”加持下的鸿蒙0S2.0相比1.0,时延从20nls降低至10ms,带宽从1.2G提高至2.4G,抗丢包率从25%提高 到30%,文件读写性能是微软Samba系统的4倍,数据库性能是安卓本 地 ContentProvider 数据库的 1.3 倍,检索性能是 iOSCoreSpotlight的1.2倍;分布式任务调度则实现了不同硬件间的模块化解耦,继而完成了系 统级别的能力整合。在同一场景下,“开源鸿蒙”可分别调用不同设备终端的API进行不同功能 的 灵活适配。如,在突发性交通安全事故中,同时调用智能手机端的紧急呼叫、 智能汽
19、车端的灯光报警和智能穿戴端的健康监控功能,实现真正意义上生态内 各设备的高效整合,充分发挥不同组件的协同优势,使得鸿蒙生态成为一个集 手机、车机、家居等为一体的“超级终端”。结合以上在技术维度和商业维度的双重优势,我们认为,“开源鸿蒙”有望以智 能手机为发端,快速形成定位于全体AIoT设备的网格化布局,与此同时利用 对不同终端更好的技术适配性和自身从开发到管理的一整套商业闭环,建立起 面向AIoT生态级操作系统标准,成为“万 物互联”时代真正的“先行者”。3.2 精准下沉,终端级的纵向优化作为操作系统自上而下的延伸,单一终端级鸿蒙0S以“开源鸿蒙”为根基,并 结合各硬件终端的运行逻辑,提供了由
20、生态下沉至具体设备层的功能布局。当前华为内部根据内存和算力的需求,对生态中不同终端进行了 L0-L5的等级 划分:L0-L2为内存KB和MB级,主要包括手环、智能摄像头、音箱、传 统车机等常规AIoT入口; L3以上则是内存超GB级,包括智 能手表、智能 车机、智能手机、PC等,其中智能车机和手机等核心端口的内存要求可能将 达到 3-6GB+。根据不同终端的运行需求,鸿蒙OS植根于“开源鸿蒙”架构下设计,并在“根 系 统”之上,结合了不同终端的运行逻辑,嵌入了以华为HMS服务为核心的 全套功能插件,以实现复杂功能向设备层的精细下沉。区分于“开源鸿蒙”的 完全开放性设计,终端级的鸿蒙OS是华为基
21、于“开源鸿蒙”下开发、集成了闭 源HMS服务插件、并面向全场景智能设备的商用版 本。因此,在整体继承 “开源鸿蒙”的特点外,又能衍生出不同设备层面的独有优势。在安全性层面:鸿蒙自研的微内核架构,可以形成对应用安全有效的分层管制。 鸿蒙车 机OS的微内核,实际相当于一个信息交换中心,其自身可实现的功能 较少,主要职责是向下 属各个功能模块传递调用请求,且交换中心自身和各功 能模块彼此之间均保持相对独立。在此模式下,操作系统可实现对不同功能模块的分层管理,使得不同模块可支 持不同级别的安全要求:例如对于以车辆运行数据为核心、安全性要求极高的 仪表系统可施行更为严格的数据调用 门槛,从而提高行车的安
22、全性;在安全要 求并不紧迫的模块,则会采用相对宽松的管理策略。而在需要绝对安全保障的 子模块中,鸿蒙OS目前获得了国际信息技术安全评估标准CCEAL5+认证(安卓尚未获得),也充分体现了其对绝对安全水平的保障程度。除流媒体 服务、行车数据汇报等原生功能外,智能座舱还成为向用户外透其他新生功 能 的窗口,而其中最重要的功能,即是ADAS功能的延伸。以奥迪E-tron为 例,目前该车型以座舱HMI系统为载体,除传统信息娱乐功能外,还集成辅 助泊车、辅助变道等ADAS功能,使 得智能座舱同时也成为ADAS功能的输出 载体。因此,我们认为,对于底层车机OS而言,在原生功能外,同时还需要适配这 些类似新
23、生功能的管理要求。在ADAS功能上,对于操作系统最迫切的要求是 具备出众的低时延、确定时延的管理能力,而传统操作系统由于通信方式和 架构的问题,在绝对时延水平及其确定性的控制上,仍存在较大障碍,这也与 上述ADAS功能管 理确定、低时延的要求形成了重大的矛盾。鸿蒙车机OS通过采用自研的确定时延引擎技术,则良好地解决了这一问题,确定时延引擎技术,主要通过对不同应用特征的实时预测,分配“超车道”、 “快车道”等不同速率的信息调用通道,实现对资源的合理调度,其优点就是对 时 延确定性的满足,大大降低了波动的通信效率对于自动驾驶域的严重影响。 根据在东莞松山湖举行的华为开发者大会上,相比Linux车机
24、OS,鸿蒙可 实现25. 7%的响应时延下降和55. 6%的 时延波动率下降,实现对ADAS功能 低时延和确定时延要求的完美契合。综上,鸿蒙车机OS继承了其根架构“开源鸿蒙”的特点,满足了对智能座舱域 各智能化 模块差异化的管理需求,同时根据座舱相关联动功能的特点,定制化 地进行了 “对症下药”,从而实现了在基于复合功能框架下,操作系统管理能 力的进阶,而在“域集中时代”,这一进 阶初步实现了基于浅层功能下的跨域 联动能力。我们认为,在未来整车架构从“域集中向中央 计算平台集中”的再 一次重大变革中,鸿蒙车机OS这一针对复合功能的管理能力,在未来高 等级 的跨域联动,甚至跨域融合过程中,均有望
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