愛伊米

自動駕駛OS“百花齊放”,中國軟體供應商“爭奪”話語權

在當下“軟體定義”、“資料驅動”的大背景下,國內外傳統主機廠已經從特斯拉“硬體預埋、OTA升級、軟體收費“模式帶來的震撼中改變,紛紛開始大力投入作業系統的開發,尤其是自動駕駛作業系統的開發。本文重點分析國內外自動駕駛相關企業作業系統的發展現狀和未來趨勢。

自動駕駛作業系統架構

關於自動駕駛作業系統架構,筆者認為《車載智慧計算基礎平臺參考架構1。0》已經給出了很好的描述,現已經成為行業共識。廣義的自動駕駛作業系統包括系統軟體(核心、虛擬化、中介軟體)和功能軟體,向下適配異構分佈硬體架構,向上支撐應用開發,目前國內外各類自動駕駛作業系統研發企業大都按照這個架構進行開發。

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圖1-車載智慧計算基礎平臺參考架構

國內外OEM自動駕駛作業系統發展現狀

1. 特斯拉

提到自動駕駛,始終無法繞開特斯拉,無論從純視覺感知技術路線、軟體全棧自研,還是訂閱式的商業模式,特斯拉確實在引領著行業的發展。

Tesla。OS(Version)具有以下幾個主要特點:

作業系統基於底層Linux自研;

功能軟體方面支援PyTorch深度學習程式設計框架;

自動駕駛功能核心演算法自研,並自建資料中心,收集使用者使用資料用於不斷最佳化演算法軟體,形成類蘋果的閉環開發模式。

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圖2-特斯拉作業系統架構

目前特斯拉已構建自動駕駛系統FSD、OTA收費、Robotaxi三大核心,預計到2025年特斯拉軟體業務收入有望達到175億美元,總盈利空間高達百億美元,貢獻將比整車硬體銷售更大。

2.大眾

大眾於2021年3月成立軟體公司CARIAD,整合了大眾旗下各品牌(大眾、奧迪、保時捷等)約15家軟體公司和集團內部頂尖工程師,重金投入軟體研發。

CARIAD業務規劃主要包含電子電氣架構(E3)、大眾汽車作業系統(VW。OS)、大眾汽車雲(VW。AC)、關鍵應用四塊。

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圖3-大眾CARIAD業務規劃

大眾VW。OS車載作業系統,基於AUTOSAR、域整合EE架構,促進感測器與ECU、ECU與ECU之間的高效聯通,VW。OS將實現分散式處理向集中式處理方式的轉換,將ECU功能整合,最終達到核心架構減少到三個車載中央處理器。VW。OS具有以下特點:

高效能處理器、高速網路;

Linux + Adaptive AUTOSAR作業系統;

應用軟體和I/O功能解耦;

高效、快速開發使用者功能;

減少整個系統的複雜性和應用之間的依賴性;

採用面向服務的通訊。

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圖4-VW。OS架構

大眾已自研VW。OS多年,ID。3為首款搭載VW。OS的量產車型,預計2025年起,大眾旗下所有新車型有望搭載VW。OS,並透過該作業系統連線至大眾汽車雲平臺(與微軟合作),搭載L3級自動駕駛技術,併為L4級別自動駕駛做準備。

3.豐田

2020年,豐田將原TRI-AD(豐田研究院-高階開發)改組為Woven Planet(編織星球)公司來增強豐田的軟體能力,擴大軟體業務。

豐田計劃推出全新開放式汽車作業系統“Arene”,面向未來“可程式設計汽車”,預計2025前實現量產。Arene的目標是把大量控制車的嵌入式系統和各類感測器深度整合起來,並提供一套現代化的開發工具支援上層應用的開發,開發人員能夠快速進行軟體的開發和部署。

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圖5-豐田Arene架構

豐田一直與Apex。AI公司合作,計劃將Apex。OS整合到Arene中,用於處理量產自動駕駛的關鍵安全應用程式處理,同時加快自動駕駛應用軟體的開發,並最終交付前裝量產。豐田旗下的品牌計劃均將搭載全新Arene作業系統,同時豐田還計劃將其提供給其他有需要的企業使用。

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圖6-Apex。OS SDK Components

4.賓士

賓士正加速向電氣化和數字化轉型,已推出一項價值700億歐元的新投資計劃,同時,計劃從現有的供應鏈體系中剝離傳統的零部件製造商,以便為公司軟體開發提供資金。

賓士自研的MB。OS定位並非簡單的娛樂或駕駛系統,而是整車作業系統,涵蓋資訊娛樂功能、自動駕駛功能、車身與舒適功能、行駛與充電功能,MB。OS具有以下特點:

高效能、續航久、高能效的架構;

集中控制所有車輛領域及其使用者介面;

底層和中間軟體採取自研,未來MB。OS或將與其他終端作業系統品牌進行互聯;

MB。OS硬體和軟體的垂直整合將進一步降低執行的複雜性,透過綜合內部軟體和硬體,可明確各應用功能之間的不同層級,協調雲資料和物聯網(IoT)的功能。

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圖7-MB。OS

賓士計劃於2022至2023年在下一代全新E級車型上搭載MB。OS作業系統輕量級版本,2024年推出MB。OS作業系統完整版。未來賓士將透過輔助駕駛功能和資訊娛樂服務等新的經常性收入來源賺錢。賓士公司預測,到2025年,其來自人工智慧硬體、軟體和服務的收入將從20億美元增長到265億美元。

5.小鵬汽車

自2018年小鵬汽車釋出XPilot 2。0以來,該系統已經邁過XPilot 2。5和XPilot 3。0兩個階段,步入XPilot 3。5時代,XPilot 3。5可以實現L3級別的自動駕駛,擁有高速和城市路況全覆蓋的NGP駕駛功能。

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圖8-小鵬P7的Xpilot軟體架構圖

可以看到,小鵬Xpilot也是採用分層架構,硬體採用英偉達Xavier SoC,利用NVIDIA DRIVE Platform中的底層作業系統和中介軟體,主要功能軟體層以及應用軟體層由小鵬自行設計開發。

6.理想汽車

理想汽車規劃了智慧駕駛、智慧座艙、實時作業系統Li OS、汽車底層電子電氣架構研發四大部門,核心聚焦軟體演算法包括底層作業系統、中介軟體、上層應用演算法。

目前Li OS實時作業系統處於自研中,理想計劃打造一個垂直整合的資源軟硬一體化的智慧平臺。Li OS系統現只針對自動駕駛領域,後續智慧座艙等會陸續打通覆蓋。

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圖9- Li OS軟體架構圖

Li OS系統主要應用於理想的自有車型,其2021款理想ONE上已經配備,預計未來可能會開放給其他廠家。

7.蔚來

蔚來目前在自動駕駛領域已經轉為採取全棧自研的道路:從感知演算法到地圖定位,控制策略到底層系統,蔚來將全面自研,併發布了NAD蔚來自動駕駛系統(NIO Autonomous Driving),NAD系統包括Aquila 蔚來超感系統、ADAM 蔚來超算平臺、自動駕駛演算法和自動駕駛整車平臺。

圖10- 蔚來新一代自動駕駛系統NAD

蔚來將在NAD上首創按月開通、按月付費的服務訂閱模式—ADaaS(AD as a Service),當前訂閱費為680元/月,隨著功能的持續多元,有望透過多場景靈活訂閱來提升其滲透率。

8.廣汽

2021年,廣汽釋出全新升級的星靈電子電氣架構,最早將於2023年搭載在廣汽埃安的全新高階車系上;2022年6月,廣汽又推出了星靈架構下的普賽OS。

普賽OS是一款全車跨域的作業系統,普賽OS建立了統一的介面定義和核心元件,將中央計算機、智慧駕駛計算機和資訊娛樂計算機在軟體層面有機融合,讓電子電氣架構的運作更高效;普賽OS具備高效協同、極簡複用、車雲統一的特點,可有效提升軟體的相容性和複用性,提升軟體開發的效率和迭代的速度。

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圖11- 星靈架構軟體平臺

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圖12-廣汽普賽OS

9.比亞迪

比亞迪在自動駕駛領域採取“兩條腿走路”,在與第三方軟體供應商合作的同時,也在佈局自研的自動駕駛技術。比亞迪自研的BYD OS採用分層式架構設計,軟體模組自下而上分為四層:

硬體驅動層:向上層系統提供一個標準化的介面及規範,透過API來調動硬體,完成指令;

作業系統層:分為BEOS(負責車身電子元器件)、BUOS(管理車載資訊娛樂的系統);

服務層:包括系統服務層和功能服務層,類似中介軟體和功能軟體層;

應用層:面向服務的APP開發,實現各種應用需求。

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圖13-BYD OS

2022年3月23日,比亞迪宣佈與英偉達在智慧駕駛技術方面達成合作,從2023年上半年起,比亞迪將在部分新能源汽車上搭載英偉達DRIVE Hyperion平臺。

10.長城

長城在智慧化方面全面加速佈局,自研+合作雙線並進。以“毫末智行”為核心,長城的智慧化技術/功能不斷迭代,已具備了較強的自動駕駛開發能力,尤其是在演算法+底盤控制+應用層(功能+人機互動)等方面。

長城推出的GEEP系列電子電氣架構軟體平臺,採用AUTOSAR CP、AP混合架構,分層設計,具有以下特點:

在不同核部署不同域的軟體,即MCU核採用CP Autosar,HPC核採用Linux OS和AP Autosar中介軟體;

應用軟體層面,將大資料、雲診斷、資訊保安等軟體系統融合,實現功能整合;

透過在不同的核部署不同域的軟體,橫向打通多域之間的融合,縱向打通底層硬體、底層作業系統(CP Autosar、Linux OS)、中介軟體(AP Autosar)、功能軟體以及應用軟體之間的通訊;

支援FOTA,規劃部分舒適性功能將支援SOA。

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圖14-GEEP軟體平臺架構

11.一汽紅旗

一汽在2021年制定了“十四五”戰略規劃,面向社會發布“飛刃計劃”,打造完全自主可控的“全棧式作業系統系統”—FAW。OS。FAW。OS系統層採用國產作業系統,功能服務層由一汽自主研發,向下適配多種型別的物理架構,向上為應用軟體提供豐富且標準的服務,支撐軟體靈活迭代,為使用者提供千人千面的使用者體驗。

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圖15-FAW。OS總體架構圖

FAW。OS-旗智作業系統:採用從作業系統核心、隔離引擎到AP中介軟體的全棧式解決方案,自主掌控作業系統整合開發核心技術;採用國產作業系統核心,功能安全達到ASIL D,形成國產化作業系統技術方案,一汽自主應用開發及整合。

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圖16-FAW。OS-旗智作業系統

12.極氪

極氪自研作業系統ZEEKR OS,ZEEKR OS具有以下特點:

SOA架構,支援功能持續迭代升級;

管理整車服務,高度整合車控,座艙、智駕和閘道器,提供基礎平臺;

一份程式碼,多端部署;

完善的開發工具鏈,開放平臺賦能開發者入駐。

圖17- ZEEKR OS軟體架構

據公開資料顯示,截至2022年3月底,極氪001透過OTA升級到ZEEKR OS 2。0 Beta可實現交通擁堵輔助(TJA)和整合式巡航輔助(ICA)等功能,後續透過OTA可逐步開放實現高速公路輔助(HWA)、自動變道輔助(ALC)等功能。

國內外零部件企業自動駕駛作業系統發展現狀

1. 英偉達

英偉達開發了端到端的自動駕駛平臺NVIDIA DRIVE,目前NVIDIA DRIVE平臺主要包括DRIVE Orin晶片、DRIVE AGX Orin車端集中式AI計算平臺,DRIVE OS基礎軟體平臺、Driveworks中介軟體、DRIVE AV自動駕駛軟體棧、DRIVE Hyperion資料採集和開發驗證套件 、DRIVE Constellation虛擬模擬平臺和DGX高效能AI訓伺服器。

DRIVE OS平臺從設計角度考慮SOA理念,所有軟體基於模組化設計,具有以下特點:

為實現DRIVE OS功能安全和軟硬體相互隔離,Orin SOC上執行NVIDIA自研的符合功能安全的實時微核心Type 1 Hypervisor;

Hypervisor之上執行符合功能安全的QNX QOS作為Guest OS,還執行負責OTA更新的DRIVE UPDATE Service和Foundation Services等多個虛擬機器;

在QNX Guest OS 之上開發了NvMedia、NvStreams、VulkanSC SDK和CUDA 、TensorRT AI引擎加速庫;

在ORIN功能安全島可以執行OEM跟功能安全相關的演算法,如車控演算法,比對演算法,感測器後融合演算法;

透過執行Safety框架,對ORIN晶片和DRIVE OS軟體進行監控。

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圖18- DRIVE OS基礎軟體平臺

在應用量產方面,上汽的R和智己、理想L9、蔚來ET7、小鵬新一代P7,威馬M7、比亞迪、沃爾沃XC90,還有自動駕駛卡車公司智加科技,Cruise、Zoox、滴滴、小馬智行、AutoX、軟體公司Momonta等,都搭載Orin進行開發。2022年6月,英偉達與賓士的合作使用了“分成模式”,賓士每銷售一次DrivePilot(預計5000歐元),英偉達就能獲得其中四成的收入。

2.博世

博世於2021年初成立新事業部-博世智慧駕駛與控制事業部,加速向軟體驅動企業轉型,定位於全方位服務整車的製造商;2022年將進一步整合汽車獨立應用軟體研發業務和雲端業務到子公司易特馳(ETAS),後續易特馳將統一研發並銷售汽車通用的基礎軟體、中介軟體、雲服務以及研發工具。

博世提出了基於車載中央計算機(VCC)的SOA架構,VCC核心定位是實現智慧駕駛和智慧座艙,並且具備網聯功能,連線車端(邊緣側)和雲端;其中Classic AUTOSAR覆蓋安全性和高實時性需求,Adaptive AUTOSAR覆蓋靈活的安全性需求,Linux只需要QM。

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圖19-博世對於車載中央計算OS的見解

3.華為

華為自研併發布了域控制器MDC系列產品,已應用在極狐αS Hi版產品上,華為MDC610計算平臺架構如下:

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圖20-華為MDC610計算平臺架構

華為自動駕駛作業系統AOS具有全棧自研、車規安全、高效開發等特點,但目前隨MDC或ADS配套提供,不單獨提供。2022年6月,阿維塔與華為簽署全面戰略合作協議,雙方基於全新一代智慧電動汽車技術平臺CHN,至2025年推出4款新車,另外雙方也在最優資源投入、華為HI商標授權等全領域達成共識。

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圖21-華為AOS作業系統

4.地平線

地平線聚焦於車規級智慧駕駛AI 晶片+AIoT邊緣AI晶片的研發和產業落地,對外主要提供解決方案類產品(晶片+軟體演算法)。

2021年7月,地平線推出TogetherOS,聚焦核心和中介軟體,採取了開源開放的策略,和Linux基金會的ELISA開源專案深度合作;以Linux基礎方案和安全增強機制來滿足功能安全和資訊保安的訴求。

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圖22-地平線TogetherOS作業系統

5.零束科技

零束科技定位於平臺型科技公司,背靠上汽集團,打造零束銀河全棧4+1方案,包括計算平臺、電子架構、SOA軟體平臺、智慧雲平臺和艙駕融合數字化體驗產品。

零束提出的智慧車雲管端全棧解決方案—SOA軟體平臺,具有融合複用、標準開放、個性化定製和共建共創的特點,可幫助OEM將整車的硬體能力以服務的形式提供給應用層呼叫,透過可訪問的標準化的API實現車輛功能的軟硬體解耦。同時,第三方公司也能透過零束SOA軟體架構以服務的形式進行接入,為應用層開發者提供更豐富的選擇。

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圖23-零束科技SOA軟體平臺

6.斑馬智行

斑馬智行由阿里巴巴和上汽集團共同投資設立,是阿里進行汽車業務佈局的重要組成部分。斑馬智行的AliOS是基於Linux核心深度定製的國產車載作業系統,基於雲的應用框架和先進的安全機制,是包含雲端服務的可支撐人機互動和車聯網資料交換的平臺。

2020年初斑馬智行就提出了AliOS作業系統演進三部曲戰略,即智慧車機作業系統、智慧座艙作業系統、智慧整車作業系統。當前斑馬智行已經進入到了座艙OS階段,下一階段將重點佈局智慧整車OS,以“OS+AI+晶片”為智慧汽車決策核心,在作業系統層面推進汽車分散式智慧向整車智慧逐漸邁進。

2021杭州雲棲大會上,斑馬智行正式釋出AliOS智慧駕駛系統核心,該核心是微核心架構,融入SOA跨域融合理念,執行最高功能安全ASIL-D產品認證標準。

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圖24- 斑馬AliOS Drive的基礎架構

7.中汽創智

中汽創智是由中國一汽、東風公司、中國南方工業集團和長安汽車及南京江寧經開科技共同出資設立。中汽創智聚焦核心及中介軟體,其車用作業系統將基於AUTOSAR標準開發以實現汽車系統軟硬體解耦,打造從OS到雲端的全棧式SOA軟體架構,構建車輛物理/硬體平臺、作業系統、智慧應用/演算法、雲平臺的跨域整合系統框架。

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圖25- “擎臻山+擎臻川+擎臻雲+擎臻坤”為核心的車用作業系統技術平臺

8.百度

百度2013年開始佈局自動駕駛,2017年推出全球首個自動駕駛開放平臺Apollo,2021年12月釋出Apollo7。0 版本,新增了一站式實踐雲平臺Apollo Studio、模擬服務和高效新模型、PnC(規劃和控制)強化學習訓練與評測服務三大模組,實現了從程式碼到工具、從開源平臺到工具化平臺的里程碑式完整進化。

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圖26- 百度Apollo 7。0架構圖

2022年4月,百度與嵐圖汽車達成合作,雙方將在智慧駕駛、智慧座艙、汽車安全等多個領域優先開展合作,預計將於2023年交付東風嵐圖,東風嵐圖將使用百度Apollo旗下ANP城市領航輔助駕駛系統2。0。

9.國汽智控

國汽智控(北京)科技有限公司是由國家智慧網聯汽車創新中心聯合行業優勢單位、重量級市場資本、重要政府基金等發起設立的智慧網聯汽車高科技平臺公司。

智慧汽車基礎腦(iVBB, intelligent Vehicle Base Brain)是國汽智控釋出的面向量產的智慧駕駛計算基礎平臺產品家族,包括智慧汽車作業系統(ICVOS)、智慧汽車域控制器(ICVHW)、車雲協同基礎軟體(ICVEC)及資訊保安資料安全(ICVSEC),提供智慧網聯數字底座,賦能車企定製OS並實現智慧駕駛應用高效、低成本、定製化開發。國汽智控於2021年11月釋出了iVBB 2。0版本,並已與國內多家主流主機廠達成了面向量產的合作。

2022年7月18日,國汽智控與宇通客車宣佈簽署《專用外購件開發及開模協議》,雙方達成定點合作,約定在高階輔助駕駛(ADAS)領域實施基於域控制器和智慧駕駛OS(作業系統)的量產,首批次產將用於9m以上客車車型,計劃在明年Q1實現量產裝車,並作為Tier1。5長期服務宇通自動駕駛。

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圖27-1 國汽智控iVBB智慧汽車基礎腦架構圖

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圖27-2 國汽智控ICVOS特點

10.普華基礎軟體

普華基礎軟體基於AUTOSAR標準為為汽車行業提供國產汽車電子基礎軟體平臺、開發工具和軟硬一體化解決方案。主要聚焦核心和中介軟體,目前已累計超過一千萬輛汽車在執行著普華的AUTOSAR CP基礎軟體產品,其CP產品具有以下特點:

完整的Classic AUTOSAR整合開發環境,包括SWC設計工具,BSW基礎軟體配置工具,RTE配置及程式碼生成工具;

覆蓋支援Classic AUTOSAR標準3。1。5/4。2。2/R19-11;

AUTOSAR Safety OS 透過德國萊茵ISO26262 ASIL D級國際認證;

支援乙太網、CAN/CANFD、LIN等匯流排,支援資訊保安,支援OTA、FOTA。

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圖28-普華基礎軟體作業系統架構

11.東軟睿馳

東軟睿馳成立於2015年10月,公司在建立之初就成立了基礎軟體團隊,積極參與AUTOSAR組織,不斷將發展中積累的對新興軟體平臺和工具的認識,融合到其研發的基礎軟體平臺產品NeuSAR之中。

東軟睿馳聚焦中介軟體,其NeuSAR產品相容最新版AUTOSAR標準,主要由cCore、aCore、中介軟體和工具鏈組成,其中NeuSAR cCore基於AUTOSAR Classic Platform標準開發,主要針對傳統控制系統等實時性要求較高的汽車產品開發場景。aCore則基於AUTOSAR Adaptive Platform標準、面向自動駕駛等高效能計算需求場景,適應更加多變的通訊模式,滿足汽車互聯、高度自動化和自動駕駛領域的應用。

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圖29-東軟NeuSAR aCore架構

自動駕駛作業系統發展趨勢

1. 技術發展趨勢

電子電氣架構變革加速,跨域融合已是大勢所趨。跨域融合方案下,域作業系統正在快速形成,傳統作業系統正由獨立的多個作業系統向統一的作業系統轉變。

圖30-智慧汽車作業系統演進趨勢

2.軟體開發生態趨勢

突破邊界,扁平化合作延伸

無論是主機廠還是軟硬體供應商,都不再滿足於現有的業務或者需求。軟硬體供應商橫跨“核心-中介軟體-功能軟體”,而主機廠不僅聚焦於應用層開發,還下沉到功能軟體、甚至開始全棧開發;

各軟體供應商為了鎖定核心資源、擴大行業影響力,透過設立合資公司、簽訂戰略合作伙伴等形式,加快在大生態圈中構建自己小的生態圈。

聯合開發,軟體供應商話語權提升

供應商為提供給主機廠更優質的服務,構建自身的核心競爭力,往往基於自身的優勢或者能力,聯合產業鏈合作伙伴(晶片企業、硬體裝置企業、演算法企業等)共同開發自動駕駛作業系統;

在軟體定義汽車時代,軟體供應商將在汽車產業向軟體轉型的過程中扮演關鍵角色,圍繞自動駕駛作業系統的生態圈也正在快速建立,軟體供應商在智慧網聯領域將擁有更大的話語權。

3.商業模式發展趨勢

未來自動駕駛作業系統的商業模式將呈現多元化,自動駕駛作業系統玩家可根據實際情況靈活選擇不同的形式獲取收益。

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圖31-多元化的商業模式

關於自動駕駛作業系統發展的幾點建議

1。 建議生態圈各企業加強聚焦,充分發揮各自優勢。不一定作業系統每家企業都做全棧開發,但作業系統各層一定需要打造幾家自主可控的領頭企業;

2。 堅持邊引進吸收,邊自主創新的發展思路。對於目前國內比較薄弱的核心、工具鏈等,建議加快吸收國外領先的技術架構和開發經驗,滿足國內整體自動駕駛市場發展需要的同時,從國家層面推動產學研結合,設立軍令狀任務,組織攻堅克難;

3。 推動自動駕駛作業系統相關標準法規和測試認證規範的制訂,儘快建立起完善的管理體系。

作者:芮生

主要參考資料:

1。《電子電氣架構演進,海平面下的冰山》,平安證券,2022

2。《車企孵化的科技企業—上汽零束》,德安車研,2022

3。《英偉達馮棟棟:NVIDIA DRIVE 端到端自動駕駛平臺》,蓋世汽車社群,2022

4。《創時智駕:解碼智慧駕駛域控制器行業發展態勢及軟硬體核心》, 焉知智慧汽車,2022

5。《車載作業系統:汽車新定義的軟體架構基礎》,中金,2022

6。《東軟睿馳NeuSAR DS:“軟體先行”下的智慧汽車軟體開發平臺》,九章智駕,2022

7。《軟體定義汽車,EE架構是關鍵》,東吳證券,2021

8。《2021年智慧汽車EE架構和計算平臺研究報告》,佐思產研