普华张晓先：车用操作系统与芯片助力构建智能网联汽车产业生态
时间: 2023-11-06 18:59
来源: 中国汽车软件大会
作者: editor
2023年11月3日，2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。
其中，在下午举办的“汽车操作系统‘芯’发展”主题论坛上，普华基础软件副总经理兼战略研究院院长张晓先发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
今天很高兴，我们这个主题，我觉得有很多可以讲的，叫车用操作系统“芯”发展，主题选的也很好。
我今天讲的题目叫做“车用操作系统与芯片助力构建智能网联汽车产业生态”，昨天我想了一下，因为这段时间行业里有很多的讨论，大家也有很多的问题抛出来，我就加了两页，我想花20分钟来讨论一下，跟大家探讨一下这两个问题有没有答案。
第一个问题，操作系统发展的动力是什么？大概20年前，我还在研究所的时候，当时主要是做嵌入式操作系统，领导每年会问，我们操作系统的创新是什么？今年的创新是什么？明年的创新是什么？每年都在讲高安全、高可靠、强实时，有没有变化？操作系统是怎么样一步步发展过来的？发展的驱动力是什么？当然有很多的考虑，我们内部也经常讨论。有的说是应用需求带动的，这是大的概念的说法，也有人说是芯片的发展带动的，听上去很对。还有比较小众的说它由自身的技术发展来驱动的，操作系统内生的驱动力，到底操作系统发展动力是什么，涉及到我们做操作系统的企业怎么样定义产品，怎么样抓住机遇，这是个很重要的问题。
第二个问题，芯片和操作系统到底解耦还是结合？这两个截然相反的观点，我们有说软硬解耦，也有很多的专家，特别是芯片的企业会说软件、硬件深度结合。上午钟院士也提到软件、硬件的互动，但互动到底具体是什么？是解耦还是结合，也是我们希望去得到一个答案，也许不一定有答案，但是这两种观点肯定是有它的原因。
这一张片子展示了芯片与操作系统跨越半个世纪的演进历程。最早的时候，芯片电子技术是真空二极管。操作系统或者底层软件是怎么样形成的，每个变化的过程中驱动力是什么？最早的时候不是操作系统，1955年推出的批处理系统是为了提高原来使用计算机的效率。过去使用计算机效率很低，很大的机器，推动自带卡片来驱动，批处理是解决这样的问题。最早的操作系统是1973年诞生的分时操作系统Unix，它为什么会诞生？因为当时的计算机，实际上也是所谓的算力驱动，是个大的服务器，或者专用的，为了计算一些科学问题，或者计算一些题目的计算机，大型计算机。大型计算机让很多人使用的时候就存在分时，如何提高使用效率的问题？所以产生了分时操作系统Unix，一直到今天Unix，它是非常重要的、典型的操作系统。
1980年，RTOS诞生。我们在使用的时候发现不是所有的计算机都是为了高算力和计算，有一种计算机是为了及时地响应，这样一类计算机算力可以浪费掉，不需要充分利用它，但是需要在必要的时候及时响应这样的行为，所以需要实时操作系统。实时操作系统可以产生一些像基于优先级的调度、可以抢占的调度，关键任务来的时候可以抢占掉别人的进程，所以整个架构也是不一样。它出来的原因是有这个需要了。
1981-1985年，windows出现。实时操作系统之后MS-DOS到Windows，为了单独使用一台计算机人机交互的问题，我们使用的时候感受很深，从DOS系统命令行执行一个程序，到图形化执行程序，然后多鼠标，现在变成触屏，这样发展是为了满足个人使用计算机需要。1991年Linux出现，是为了开放源代码，是完全生态上的变化，它的驱动力最初是因为一些理想主义的，就是欧美的一些黑客文化，他觉得商用的不道德，有共享，他们有宗教的情结或者背景驱动这样的行动，最后开源变得非常成功，很多商业公司利用这个系统构建他们产品的竞争力。现在开源软件占了很大的比例，Linux的成功是非常巨大的。
我后面列了两个，一个是1993年的OSEK，到2003年的AUTOSAR，就是汽车软件行业的工程化导致了OSEK的出现到AUTOSAR的出现。一个问题发生了，为了解决这个问题，操作系统就会有变化。
通用的第一款微处理芯片在70年代代表了什么？代表软件定义汽车的起点，软件实现汽车的功能在很早就开始了。由于我们产业链配套的变化，以及控制器的变化导致了软件的标准出现了变化，所以会有OSEK的标准出来，有AUTOSAR的标准出来，这些标准发起的原因是软件工程化的需要，因为系统越来越复杂，为了解决复杂问题，需要去解耦。所以第一个问题延伸到第二个问题，就是软硬件解耦是由问题导向出来的，软硬件解耦显然是为了提升开发效率，去解决复杂性，用工具提升效率。
在AUTOSAR标准出来之后，电子电气架构发生了变化，过去基于软硬件解耦提升开发效率，慢慢发生了变化。由于我们出现了中心化+区域的控制，在车上会有一些中央计算的单元，有高算力的单元，而这些中央计算单元不仅是高算力的，而且是多元化算力，这点非常重要。多元化算力意味着有不同的异构核，有CPU去处理单纯的计算应用，有GPU处理跟图像、视觉有关的计算，也有NPU去执行一些神经网络计算，或者跟AI有关的计算，有专用的处理器处理专用的计算，每一种不同的处理器执行逻辑都是不一样的，所以高算力和异构是现在新的趋势，新的趋势带来的必然是操作系统要发生变化，为了要满足这样的变化，它的变化是什么？
高算力、异构硬件显然不是标准化的，在今天看到很多款SoC芯片，或者说很大程度上不是标准化的，这种情况下我们的操作系统在基于标准化硬件来实现功能，这是第一个逻辑，。第二个逻辑，在新的变化的趋势中，非标准化的硬件出来之后，软件如何适应它的变化，实现非标准硬件上的功能。
由于整体的计算能力实际上是跟软件和硬件离不开的，也就是说软件+硬件才能实现最终的功能。我们原来一直说算力是由于芯片的动力来形成的，1TOPS到1000TOPS，芯片指标非常明确。芯片公司写的量化很简单，多少个BP，下一代多少个BP，我的核今天是多少，明天是多少个，工艺从28纳米一直到14纳米到7纳米，到4纳米，非常明确、非常量化。但是操作系统的BP很难写，如果给投资人讲今天的操作系统和明天的操作系统，他是很难理解的，因为操作系统是非量化的。通过操作系统，判断是不是不能发挥算力？这也不能完全成立，最终变化的指标既要靠操作系统，也要靠芯片，两个结合在一起实现。
那么，软硬件到底应该是解耦还是结合？我个人的想法是“看情况”。如果它是一个标准化硬件，软件体系成熟，它们一定是解耦的。分工协同是整个经济体系最有效率的一种做法。由于分工，每家做各自的事情，所以它的性价比最高，产品做得最好。只要是一个成熟的架构、成熟的体系，边界分明、标准清晰，软硬件一定是解耦的；如果是一个创新的东西，我认为是可能软硬结合，如果是一个完全创新的、在探索中的东西，一定是软硬件结合，把功能发挥到极致，随着功能成熟再形成软硬件解耦。
操作系统发展的动力到底是什么？我个人认为是问题驱动，问题出现了之后会带来芯片、操作系统的变化。操作系统企业定义业务的时候，不仅要看友商，我们还要去看整个业务模式会不会有颠覆性的变化，如果说整个业务模式颠覆性变化之后，我们会看到新的操作系统，比如Linux和Windows的差别不是单纯的从性能层面所能够抵御的东西，所有的友商，包括企业自身都会面临生存问题，因为一个新的模式出来。
操作系统和芯片是解耦还是结合？看情况，哪一种情况就是哪一个结果。
普华基础软件做了15年操作系统，是中国电科专注在基础软件领域的一家企业。我们有两条业务线，一条是IT通用基础软件，另一条是OT车用基础软件。今天主要讲车用基础软件。简单介绍一下，我们从2008年成立到今天，一直在车用基础软件的研发及产业化上投入，截至2022年，普华车用基础软件累计量产超过1200万套。在国内车用基础软件领域，创造了很多“第一”。今年我们响应中汽协会的号召，将普华EasyAda微内核开源，作为中国车用操作系统开源计划的第一个项目。
在车用操作系统的发展上，普华基础软件十分重视和芯片企业建立深度的战略合作，一起来打造国产车用底层的创新解决方案。早期我们跟国外主流芯片企业做了很多战略、技术方面的合作，积累了丰富的软硬件解决方案。近几年，国产芯片慢慢发展起来，全国产的需求日益旺盛，我们跟国内国产自主的芯片企业也建立了非常多的合作，也在全面适配国产的芯片。同时，我们也很重视与上下游合作伙伴的合作，包括整车企业、零部件商等等。我们希望通过努力让汽车软件开发变得简单，为软件定义汽车提供最好的服务。
我今天的报告就到这里，谢谢大家。
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2023年11月3日，2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。
其中，在下午举办的“汽车操作系统‘芯’发展”主题论坛上，普华基础软件副总经理兼战略研究院院长张晓先发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
今天很高兴，我们这个主题，我觉得有很多可以讲的，叫车用操作系统“芯”发展，主题选的也很好。
我今天讲的题目叫做“车用操作系统与芯片助力构建智能网联汽车产业生态”，昨天我想了一下，因为这段时间行业里有很多的讨论，大家也有很多的问题抛出来，我就加了两页，我想花20分钟来讨论一下，跟大家探讨一下这两个问题有没有答案。
第一个问题，操作系统发展的动力是什么？大概20年前，我还在研究所的时候，当时主要是做嵌入式操作系统，领导每年会问，我们操作系统的创新是什么？今年的创新是什么？明年的创新是什么？每年都在讲高安全、高可靠、强实时，有没有变化？操作系统是怎么样一步步发展过来的？发展的驱动力是什么？当然有很多的考虑，我们内部也经常讨论。有的说是应用需求带动的，这是大的概念的说法，也有人说是芯片的发展带动的，听上去很对。还有比较小众的说它由自身的技术发展来驱动的，操作系统内生的驱动力，到底操作系统发展动力是什么，涉及到我们做操作系统的企业怎么样定义产品，怎么样抓住机遇，这是个很重要的问题。
第二个问题，芯片和操作系统到底解耦还是结合？这两个截然相反的观点，我们有说软硬解耦，也有很多的专家，特别是芯片的企业会说软件、硬件深度结合。上午钟院士也提到软件、硬件的互动，但互动到底具体是什么？是解耦还是结合，也是我们希望去得到一个答案，也许不一定有答案，但是这两种观点肯定是有它的原因。
这一张片子展示了芯片与操作系统跨越半个世纪的演进历程。最早的时候，芯片电子技术是真空二极管。操作系统或者底层软件是怎么样形成的，每个变化的过程中驱动力是什么？最早的时候不是操作系统，1955年推出的批处理系统是为了提高原来使用计算机的效率。过去使用计算机效率很低，很大的机器，推动自带卡片来驱动，批处理是解决这样的问题。最早的操作系统是1973年诞生的分时操作系统Unix，它为什么会诞生？因为当时的计算机，实际上也是所谓的算力驱动，是个大的服务器，或者专用的，为了计算一些科学问题，或者计算一些题目的计算机，大型计算机。大型计算机让很多人使用的时候就存在分时，如何提高使用效率的问题？所以产生了分时操作系统Unix，一直到今天Unix，它是非常重要的、典型的操作系统。
1980年，RTOS诞生。我们在使用的时候发现不是所有的计算机都是为了高算力和计算，有一种计算机是为了及时地响应，这样一类计算机算力可以浪费掉，不需要充分利用它，但是需要在必要的时候及时响应这样的行为，所以需要实时操作系统。实时操作系统可以产生一些像基于优先级的调度、可以抢占的调度，关键任务来的时候可以抢占掉别人的进程，所以整个架构也是不一样。它出来的原因是有这个需要了。
1981-1985年，windows出现。实时操作系统之后MS-DOS到Windows，为了单独使用一台计算机人机交互的问题，我们使用的时候感受很深，从DOS系统命令行执行一个程序，到图形化执行程序，然后多鼠标，现在变成触屏，这样发展是为了满足个人使用计算机需要。1991年Linux出现，是为了开放源代码，是完全生态上的变化，它的驱动力最初是因为一些理想主义的，就是欧美的一些黑客文化，他觉得商用的不道德，有共享，他们有宗教的情结或者背景驱动这样的行动，最后开源变得非常成功，很多商业公司利用这个系统构建他们产品的竞争力。现在开源软件占了很大的比例，Linux的成功是非常巨大的。
我后面列了两个，一个是1993年的OSEK，到2003年的AUTOSAR，就是汽车软件行业的工程化导致了OSEK的出现到AUTOSAR的出现。一个问题发生了，为了解决这个问题，操作系统就会有变化。
通用的第一款微处理芯片在70年代代表了什么？代表软件定义汽车的起点，软件实现汽车的功能在很早就开始了。由于我们产业链配套的变化，以及控制器的变化导致了软件的标准出现了变化，所以会有OSEK的标准出来，有AUTOSAR的标准出来，这些标准发起的原因是软件工程化的需要，因为系统越来越复杂，为了解决复杂问题，需要去解耦。所以第一个问题延伸到第二个问题，就是软硬件解耦是由问题导向出来的，软硬件解耦显然是为了提升开发效率，去解决复杂性，用工具提升效率。
在AUTOSAR标准出来之后，电子电气架构发生了变化，过去基于软硬件解耦提升开发效率，慢慢发生了变化。由于我们出现了中心化+区域的控制，在车上会有一些中央计算的单元，有高算力的单元，而这些中央计算单元不仅是高算力的，而且是多元化算力，这点非常重要。多元化算力意味着有不同的异构核，有CPU去处理单纯的计算应用，有GPU处理跟图像、视觉有关的计算，也有NPU去执行一些神经网络计算，或者跟AI有关的计算，有专用的处理器处理专用的计算，每一种不同的处理器执行逻辑都是不一样的，所以高算力和异构是现在新的趋势，新的趋势带来的必然是操作系统要发生变化，为了要满足这样的变化，它的变化是什么？
高算力、异构硬件显然不是标准化的，在今天看到很多款SoC芯片，或者说很大程度上不是标准化的，这种情况下我们的操作系统在基于标准化硬件来实现功能，这是第一个逻辑，。第二个逻辑，在新的变化的趋势中，非标准化的硬件出来之后，软件如何适应它的变化，实现非标准硬件上的功能。
由于整体的计算能力实际上是跟软件和硬件离不开的，也就是说软件+硬件才能实现最终的功能。我们原来一直说算力是由于芯片的动力来形成的，1TOPS到1000TOPS，芯片指标非常明确。芯片公司写的量化很简单，多少个BP，下一代多少个BP，我的核今天是多少，明天是多少个，工艺从28纳米一直到14纳米到7纳米，到4纳米，非常明确、非常量化。但是操作系统的BP很难写，如果给投资人讲今天的操作系统和明天的操作系统，他是很难理解的，因为操作系统是非量化的。通过操作系统，判断是不是不能发挥算力？这也不能完全成立，最终变化的指标既要靠操作系统，也要靠芯片，两个结合在一起实现。
那么，软硬件到底应该是解耦还是结合？我个人的想法是“看情况”。如果它是一个标准化硬件，软件体系成熟，它们一定是解耦的。分工协同是整个经济体系最有效率的一种做法。由于分工，每家做各自的事情，所以它的性价比最高，产品做得最好。只要是一个成熟的架构、成熟的体系，边界分明、标准清晰，软硬件一定是解耦的；如果是一个创新的东西，我认为是可能软硬结合，如果是一个完全创新的、在探索中的东西，一定是软硬件结合，把功能发挥到极致，随着功能成熟再形成软硬件解耦。
操作系统发展的动力到底是什么？我个人认为是问题驱动，问题出现了之后会带来芯片、操作系统的变化。操作系统企业定义业务的时候，不仅要看友商，我们还要去看整个业务模式会不会有颠覆性的变化，如果说整个业务模式颠覆性变化之后，我们会看到新的操作系统，比如Linux和Windows的差别不是单纯的从性能层面所能够抵御的东西，所有的友商，包括企业自身都会面临生存问题，因为一个新的模式出来。
操作系统和芯片是解耦还是结合？看情况，哪一种情况就是哪一个结果。
普华基础软件做了15年操作系统，是中国电科专注在基础软件领域的一家企业。我们有两条业务线，一条是IT通用基础软件，另一条是OT车用基础软件。今天主要讲车用基础软件。简单介绍一下，我们从2008年成立到今天，一直在车用基础软件的研发及产业化上投入，截至2022年，普华车用基础软件累计量产超过1200万套。在国内车用基础软件领域，创造了很多“第一”。今年我们响应中汽协会的号召，将普华EasyAda微内核开源，作为中国车用操作系统开源计划的第一个项目。
在车用操作系统的发展上，普华基础软件十分重视和芯片企业建立深度的战略合作，一起来打造国产车用底层的创新解决方案。早期我们跟国外主流芯片企业做了很多战略、技术方面的合作，积累了丰富的软硬件解决方案。近几年，国产芯片慢慢发展起来，全国产的需求日益旺盛，我们跟国内国产自主的芯片企业也建立了非常多的合作，也在全面适配国产的芯片。同时，我们也很重视与上下游合作伙伴的合作，包括整车企业、零部件商等等。我们希望通过努力让汽车软件开发变得简单，为软件定义汽车提供最好的服务。
我今天的报告就到这里，谢谢大家。
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