2022智能汽车:未来最强的算力终端.docx
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1、目录!百年汽车产业的強31.1 透视分下的主所困境31.2 架构图弋:“从硬到软”的重塑71.3 智能化:;柞价值”的胜负手142智能座舱:始于互联网,逬击元宇宙182.1 重新定义:好互联网,六元宇宙182.2 横向:配置的升维,功能性的横向延展202.3 纵向:架构的革新,生态级的纵向优化283决战自动驾驶元年:感知一决策执行”的解构443.1 自动驾驶:第三空间下的隐形司机443.2 感知层:自动驾驶之眼453.3 决策层:算取代马,构造智能汽车基础脑”753.4 执行层:绝对月纵的颗f934投资建议954.1 四维图新:地图数据国家队”,迎接公司历史性大拐点974.2 中科创达:全球领
2、先的智能座舱软件解决方案提供商994.3 道通科技:汽车后市场的全球智能诊断领导者1014.4 光庭信息:智能汽车软件服务商迎风启航1034.5 东软集团:汽车+医疗双轮驱动,或将迎来发展良机1044.6 华阳集团:卡位汽车电子,自主HUD龙头迎来发展1054.7 韦尔股份:;转半导体的颗大海1064.8 北京君正:汽车智能化核心受益标的,汽车电子+AIoT双向布局1074.9 联创电子:自动驾驶黄金赛道,领先光学厂商腾飞1084.10 炬光科技:稀缺半导体激光器厂商,激光雷达星辰大海1095风险提示110插图目录114表格目录116!百年汽车产业的重塑汽车产业历经百年沉淀,已跨越机械定义硬件
3、定义”的鸿沟,而在技术迭 代下的新四化浪潮正推动其逬入软硬件共同定义的智能化时代.作为继智 能手机后,移动互联网浪潮下又一划时代的产物,智能汽车是人工智能、软件、半 导体、汽车、新能源、通信等诸多行业集聚半个多世纪成果的核聚变,是下 个十年最大的科技浪潮,而在此过程中,无论是产业格局还是其价值链都将迎来史 诗级的变革同时其所孕育的投资机会也将会比!0年前智能手机产业链更加惊人.1.1 透视分层结构下的主机厂困境纵观汽车架构的发展,僵化的分布式构造使得产业链逐渐固化,并形成以Tierl 为核心的链式结构,而其对主机厂的自主变革形成掣肘,局限性也逐渐凸显。当前 传统主机厂仍面临着较多困境,唯有乘新
4、四化东风软化自身,以打破传统 产业链,并将其重塑为以主机厂为中心的多维网状结构,才有机会占据产业链变革 中的价值制高点.汽车发明之初,多由小型工坊自行制造、拼装而成,其仅具备必要的电气组件, 直至福特汽车发动流程革命使得规模化生产变为可能。此时,汽车产业尚处 于“机械定义”阶段,即,其仍为各类元件拼装而成的机械产品,仅能凭借机械动 性能满足用户最基本的代步需求,无其他附加”功能。而在该阶段下,主机厂 通常凭借自身在机械设计、动设备或生产艺方面的积累独立生产,以形成独特 的产品竞争力”。图1 :传统汽车与智能电动汽车对比智能电动汽车新饶移动出行空间 BOSCH apti v-资料来源:亿欧智库,
5、民生证券硏究院通信技术革命是驱动汽车从机械定义时代跨向硬件定义时代”的底层支撑 ,消费者需求的井喷则从上层拉动产业实现跨代。在机械定义时代”,汽车仅具备 车灯等最为基础的电气设备,直至车载收音机作为第一款电子零部件装配至汽车, 其由简单的机械产品迭代为机械电子产品.但随着媒体设备、排放电子模 块等功能性模块的增加,ECU、传感器等电子元件的数量急剧増加,硬件成为汽车架 构中最主要的部分。在此背景下,受制于单点通信方式的局限性,布线系统为实现各 硬件间的信息传输,只能选择被动性的叠加,从而导致了装配成本过高、总重量超 重等问题.为了解决这矛盾,车载总线技术诞生,推出了 CAN/UN/Flex R
6、ay/MOST等多种标准的总线链路,并允许相关硬件在同一总线链路下,实现数据 以及功能的共享与传输,从而有效降解了原有布线系统的复杂性,提升了数据的传 输效率.至此,汽车逬入硬件定义时代。图2:车载通信方式从单点传输到总线链路传输CAN則代资料来源:搜狐;髀研究室,民生证券研究院总线技术虽然从物理层面优化了汽车硬件配置的布局,但其仍存在明显的局限 性,即,ECU数量的叠加导致支线链路复杂性不断提升,总线将不堪重负,从而引 发车辆岀现信息传输等多方面的故障。同时,软硬件的高度耦合使得主机厂无法自主 逬行软件迭代,Tierl供应商成为产业链中的核心角色。在硬件定义时代”,主机厂 受制于其自身研发能
7、力的薄弱,同时考虑到包揽所有开发工作所带来的成本耗费, 更多选择依赖于具备较强研发能力的ECU供应商。但在分布式架构下,由于个 ECU对应一个功能,且往往带有嵌入式的软件系统,这就导致了在此阶段,汽车软 硬件之间呈现高度的耦合。而相较于产品内在的变化,我们更需要关注,在此架构背 后所映射的产业链议价权的改变,是供应商话语权的加速提升,主机厂只能被动局限 于零部件的整合工作。在此阶段,主机厂不再是产业链中的唯一核心,而是由各级供 应商和主机厂共同组成了完整的产业链,形成了 “主机厂-Tierl- Tier2/Tier3 合作模式,而强耦合的软硬件将产业链上的各角色逐渐固化,使得主机厂无法自主地
8、进行产品迭代。图3:传统汽车产业供应链Tier3供应商Tier2艇商资料来源:汽车电子网,民生证券硏究院绘制AutoSAR的出现,虽然初步实现了软硬件的解耦,但未从根本上对产业链产 生革命性”的影响。在传统分布式架构下,各层级的供应商将不同的零配件提供 给Tierl进行装配生产,并由其向主机厂直接提供成品,但由于上游零部件和其自 身技术路线不同,各Tierl的ECU产品接口及底层软件均有差异,导致汽车底层 软件重复的问题凸显,资源利用率较低。在此背景下,AutoSAR的成立,使不同 结构的ECU软硬件接口实现了统,并驱动了应用层与软硬件层实现初步解耦, 以增加应用软件的可扩展性、可移植性和复用
9、率,主机厂也因此获得一定程度的 解放”.但基于传统分布式架构所产生的AutoSAR具有局限性,各厂商对 AutoSAR规范理解的不一致导致软件模块复用率的提升不显著,鲜明的硬件定 义”特征并未从根本上改变主机厂在产业链中作为零部件整合商的弱势地位. 同时,AutoSAR开发软件及其工具链的高额价格也间接给主机厂带来成本负担。图4 : AutoSAR实现软硬件解耦传统ECU;:AUTOSAR ECU.:Application SohwarcIntegrated So代ware资料来源:AUTOSAR规溺车用控制器软件开发,民生证券硏究院历经百年发展,高度固化的传统汽车产业链并未因总线技术或Aut
10、oSAR规范 等技术性的维新而发生革命性变化(Tierl供应商仍旧作为定义功能的角色掌握产 业链制高点,传统主机厂仍面临诸多困境:成本困境:在渐进式而非变革式的技术升级及需求升级下,传统主机厂采用分 布式架构是历史情境下的最优解,但随着消费者对于汽车功能需求的升维,分布式 架构使主机厂陷入多方面的成本困境中:为丰富汽车的功能,主机厂只能不断堆砌 供应商提供的ECU以满足迭代需求,但ECU的叠加使得主机厂也面临着高昂的 硬件成本与供应链管理压.根据Strategy Analytics的数据,各级别汽车装配 的ECU数量均保持着高增趋势.目前平均每辆汽车约采用25个ECU,但部分高 端型号已有超过
11、100个具备不同功能的ECU ( 1993-2010年,奥迪A8车型上搭 载的ECU数量已由原先的5个骤增至100余个传统的ECU除实现具体功能的应用软件外,仍存在众多底层软件来保障ECU 的正常运行,但不同供应商的ECU ,其底层软件的重复性较高,且无法实现跨模 块的使用,这也使得主机厂为适配不同零部件,需要在CAN收发、电源管理等底 层软件上承担大量的重复开发费用.根据产业链调研,分布式架构下主机厂需 面临约30%-40%的重复开发工作,同时复用率较氐的软件也抬升了主机厂的后期 维护升级成本.此外,ECU数量的増加使数据传输所需的线束长度与成本也随之増加,为主机 厂带来成本与重量的双重压.
12、总线技术仅能优化ECU干线线束部分,繁复的支线 链路仍旧是沉重负担,根据佐思汽研的测算,如果沿用目前的分布式架构,自动驾驶 汽车的线束成本将不会低于1000美元,而其重量可达100公斤(特斯拉全新的 布线架构已将Model Y的线束长度降低至100米总重量也仅约1公斤!分布式架构下的主机厂在软硬件及通信链路方面所面临的成本逐年提升.根 据赛迪顾问的数据,乘用车汽车电子成本占比由1970年的3%提升至2020年的 50%,主机厂的利润空间被Tierl供应商严重挤压,主机厂只得进一步压缩费用, 从而陷入“低利润降低研发投入对供应商依赖度加深一利润空间被进步挤占 的负循环困境中.图5 :不同级别汽车
13、ECU数量变化趋势资料来源:赛迪顾问,民生证券研究院70%1970 1980 1990 2000 2021 2015 2020 2025E图6 : 1970-2025年乘用车汽车电子成本占比持续提升迭代困境:硬件定义时代”下的Tierl作为定义功能的角色掌控着产业链的 制高点,而主机厂仅关注功能模块的性能指标和参数,却忽视了产品的系统逻辑及 软件架构,从而导致自研能力缺失,被Tier!供应商所捆绑.传统的线性供应 链中,主机厂仅需从不同的Tierl供应商中采购完整的功能模块并进行整合适配 即可,而偏硬的生产特点使其对软件的关注度不断降低启研能力也逐渐丧失. 同时,功能模块软硬件的高度耦合及封闭
14、性也促使主机厂丧失迭代主权:分布式架 构下车载软件的更新基本与汽车的生命周期同步,主机厂仅能在维护/召回阶段, 实现其功能软件的更新/升级,因此主机厂更多地选择缩短新品开发周期以实现产 品迭代而理一的功能迭代。虽然AutoSAR的出现,提高了底层软件的复用程度 以降低主机厂自主逬行功能迭代的难度,但主流博世、大陆等Tierl在AutoSAR 的规范和底层软件仍互不兼容,主机厂无法完全地、自主地排列组合底层代码以实 现功能的快速迭代.盈利困境:传统主机厂盈利模式单,仅靠降本熠效难以熨平营收的周期性波 动。传统汽车制造业属于周期性行业,行业景气度与宏观经济的波动周期存在明显 的正相关性,传统车企价
15、值的实现方式为锤子式的硬件销售,其收入=汽车销量 单车收入,产品售出后主机厂难以再通过其他方式获利.当前汽车产业正在经历硬件商品化”过程,些传统机械零件正加速商品化和白标化,即,硬件所能实 现的差异性越来越小,硬件销售的利润越来越薄。根据中国汽车业协会的数据, 2016-2020年,国内汽车制造业累计营收由8.33万亿元降至8.16万亿元,CAGR 为0.54%.同时,传统主机厂在价值链中较低的议价能力使其在行业扩张期的表 现也次于上游供应商.根据德勤咨询,在2009-2018年中国汽车行业发展的黄金 时期,零部件供应商十年的营收复合增长率为17.9%,高于下游主机厂的14.2% , 致使传统
16、产业链下的主机厂亟需全新的盈利增长点.图7:近5年中国汽车請量(左)及行业累计营收(右)资料来源:中国汽车工业协会,民生证券研究院资料来源:德勤咨询,民生证券研究院图8 : 2009-2018中国汽车零部件总营收1.2 架构迭代:“从硬到软”的重塑1.2.1 智能汽车的架构进阶智能网联化引领行业变革,EE架构将向集中式推逬,“软硬件共同定义时代” 全面来临。在“新四化”背景下,以特斯拉为首的新势力率先启动变革,并将倒逼 传统主机厂逬行架构革新.根据博世提出的分布式-(跨)域集中一中央计算平台 架构的演进构想,汽车架构将由传统的分布式架构向模块化、集成化的域集中式 架构开始演变。即,将大量相同功
17、能的ECU进行整合,并交由域控制器进行统 的管理调度,使开发人员能完全独立于底层硬件,进行上层软件的开发,以实现软 硬件解耦范围的进一步扩大,以及内在数据的集中交互和决策处理。此时, AutoSAR也随之升级为Adaptive AutoSAR以适应新的智能化集中式EE架构。 具体来看,EE架构将分别从硬件、软件、通信三方面进行架构的升级,并向集 中、精简、可拓展的方向实现转变。硬件架构:从分布式-(跨)域集中-中央计算平台架构”演化。在分布式架 构下,ECU基于微控制器(MCU )和嵌入式软件工作,传感器和MCU相互对应, 单个ECU仅能对汽车的局部功能进行控制,各控制模块之间算隔离,运算资源
18、 复用性低,因此在面对智能座舱域、自动驾驶域所延伸出的逬阶功能的变化时,往 往“牵发而动全身,使得汽车的开发周期被迫延长,开发成本呈现剧增。但随 着其架构向集中化开始演变,ECU数量被大幅精简,并新增域控制器,将相似功 能的ECU交由对应的域控制器逬行统管理及调度,以形成域集中式架构,或者 直接集成为中央计算平台架构,并通过整车物理区域划分的区控制器配合中央计 算平台进行统的控制管理,以增强各执行单元的协同度。图9 :汽车电子EE架构:分布式向集中式演化匚2A0资料来源:博世,民生证券研究院随着架构的发展,原有的硬件配置格局将被打破,域控制器成为主要的计算与 调度单元.根据博世的划分,将整车主
19、要分为动总成域、底盘域、车身域、智能 座舱域和自动驾驶域这5大功能域。其中,动总成域、底盘域、车身域是针对汽 车传统功能的集成,因此主要为控制指令与通信计算的需求;而智能座舱域则集成 了全液晶仪表盘、抬头显示仪、中控屏幕及后座娱乐系统等功能,通过融合及处理语音、视觉”等感知数据,赋予车辆智能互动、实时监控等能力,但由于其在运 行过程中不仅需要实现汽车应用的多任务并发,同时也要负责“网联化”的传输, 因此芯片算、联网能力的支撑相对重要,自动驾驶域作为智能化趋势下产生的新 兴域,其负责了车辆在自动驾驶过程中大量传感器融合数据的处理任务,而车辆对 于安全性、实时性的要求极高,因此需要实现算力与算法的
20、极致化.动总成域、底盘域、车身域作为汽车原有能力的集成域,或将会存在原 有供应商之间利益蚕食,以及难以整合的风险.从目前所提出的动总成域解决方 案可以看到,基本均是由个别龙头供应商牵头,亦或是主机厂自研而成.例如,特 斯拉的集成化三电系统、华为的多合一电驱动系统DriveOne,长城欧拉自研的三 合一电驱桥等.而智能座舱域与自动驾驶域作为智能化的“新兴域”,其供应链体 系相较于传统能力整合下的“集成域”而言,更为完整且丰富。同时,其相关技术 的可借鉴性、功能的可柘展性效应更强,也更为重要.因此,我们认为,智能座舱 域、自动驾驶域或将成为供应商之间长期竟争的焦点.图11 : 2019-2025E
21、全球自动驾驶域控制器市场规模资料来源:ICVTank ,民生证券硏臟资料来源:ICVTank ,民生证券硏究院在集中式EE架构下,新增的域控制器被集成了更多的功能,而主控芯片若要与其能力相匹配,则算配置也需随之提升。在分布式EE架构阶段,ECU主要应 对于简单指令的处理,因此采用由CPU+存储+外设接口组成的MCU芯片,即可 满足其对于算的需求。但随着汽车向集中式架构迭代,域控制器的出现,使得大 量ECU被功能性整合,原有分散的硬件可以进行信息互通及资源共享,硬件与传 感器之间也可实现功能性的扩展,而域控制器作为汽车运算决策的中心,其功能的 实现主要依赖于主控芯片、软件操作系统及中间件、算法等
22、多层次软硬件之间的有 机结合。同时,为了赋予汽车更高级别的智能化功能,域控制器需要处理由传感器 传来的环境信息,其中,涵盖了海量的非结构化数据,这就导致面向控制指令运算 的MCU芯片难以满足其复杂的运算。相比之下,SoC芯片引入了 DSP(音频处 理),GPU (图像处理X NPU(神经网络处理),使其不仅拥有控制单元,还集成 了大量计算单元,从而能够支撑多任务并发及海量数据的处理。根据极术社区的测 评,SoC芯片的算力可高达10次/秒,是MCU芯片算力的指数级倍数。表!:汽车芯片将从MCU向SoC异构芯片开始转移单位MCUSoC定义芯片级芯片,常用于执行端系统级芯片,常用于ADAS、座舱IV
23、I、域控制等典型组成CPU+存储(RAM,R0M ) + 接口 (10 Pin)CPU+存储(RAM、ROM )+较复杂的外设+音频处理DSP图像处理GPU/神 经网络处理器NPU等带宽多为 8bit、16bit. 32bit多为 32bit r 64bitRAMMB级别MB-GB额外存储KB-MB ( Flash , EEPROM )MB-TB ( SSD , Flash , HDD )单片成本价格便宜(0.115美元/个)较贵(座舱IVI10美元左右,ADAS域芯片超100美元)常见厂商瑞萨、意法半导体、爱特梅尔、英飞凌等英特尔、英伟达、特斯拉(FSD 1华为、地平线、寒武纪、全志科技(座
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