普华张晓先：车用芯片与操作系统如何助力构建智能汽车产业生态
时间: 2023-12-08 22:11
来源: 2023芯片大会
作者: editor
2023年12月5日-6日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题，设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中，在12月6日下午举办的“主题论坛三：构建汽车智能‘芯’生态”上，普华基础软件股份有限公司副总经理、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：
我是普华软件的张晓先，我今天的题目是车用芯片和操作系统如何来构建智能网联汽车的产业生态，今天我们是芯片的会议，为什么我们会提智能芯片和操作系统呢？今年实际上在年初的时候，我们国家最高领导人也提到，要打好操作系统和基础软件的攻坚战，所以在整个一年的时间里面，我们很多企业都在操作系统和基础软件方面发挥各自的优势，来推动我们的产业进步。
从技术上来讲，车用芯片和操作系统都是信息系统的一个根基，我们来看发展的一个历史，其实不仅仅是车用，在信息系统里面，芯片和操作系统已经有跨越半个世纪的协同、演进，从最早1955年，用命令行处理的，输入也是效率非常低的输入，一直到1973年有一个标志性的产品，分时操作系统，Unix操作系统的诞生，是现在很多操作系统的源头，我们今天提到了linux操作系统，QNX操作系统，其实从架构上都来源于1973年的这样的一个分时Unix操作系统。在发展的过程当中，我们过去经常讲一个问题，操作系统的发展动力到底是什么，因为普华是做操作系统的，也会问到一些行业内的朋友，操作系统到底如何发展的？它的驱动力是什么？
有一个观点说我们的驱动力是来源于整个应用需求的变化，当应用需求发生巨大变化的时候，操作系统就需要，包括芯片在一起都需要有一个技术上的创新，在1980年，操作系统用到了实时领域，RTOS实时操作系统的诞生，和Unix操作系统是两个完全不同的技术架构，实时性意味着当我们操作系统在运行的时候，它需要保障高优先级任务的随时运行，跟分时操作系统不一样，分时操作系统的目的是为了满足更多用户的需要，是为了满足更多吞吐的需要，而实时操作系统的目的是为了满足最优先任务的需要，所以它的设计权衡里面，它的吞吐率和满足更多用户反而是相对不重要的，所以这是两种不一样的操作系统的设计架构。接下来可能就很有趣了，我们一条路线是从人机交互的角度，从MS-DOS到Windows，这是完全面对个人计算机的一个发展的路线，另外一方面，面向计算领域，基于Unix操作系统，我们可以看到在1991年，我们又有一个非常大的新的模式创新，就是开放源代码，开源运动在1990年代开始，西方有一些宗教情节的人，或者有一些黑客背景的人，他认为一个软件去封闭源代码是一个不道德的事情，所以基于开放源代码，让大家共享你的一个设计结构，促进行业的发展，它认为这是一个非常好的理想化的行动。
所以1991年发起了一个基于开放源代码的linux操作系统，让行业发展，这个时候我们可以看到，我记得1994年的时候，我们第一次引进了一些开源的软件，当时互联网也刚刚起来，所以很多开源软件是在互联网上面用一种讨论组的形式，一种邮件列表的形式来传播的，当时非常兴奋，觉得这是一个特别好的资源的共享。我们也看到了linux从一个理想化的操作系统的运动，变成了一个非常成功的一个商业的模式。我们回过来看，30年过来以后，开放源代码的所有的软件，实际上都取得了巨大的成功，Linux操作系统不仅替代了过去的Unix操作系统，也代替了很多闭源的操作系统，比如说Sun公司的Solaris等等都消亡了。开源的一个操作系统它不仅意味着免费，前期理想化只是一个方面，但是开源操作系统最本质的一个优势，使得行业上下游的协同更加有效率，只有开放语言代码，我们现在看到汽车上面的所有软件，在合作交流的时候，可能主机厂都会要求开放源代码，它背后的一个逻辑，我们更有效率地去解决问题，更有效率地去集成一些方案。
1993年，我们在汽车行业里有一个标准化的行动，是OSEK的标准，从欧洲来说，把汽车基础软件里面的操作系统内核，通讯协议栈和网络管理协议栈这三个模块进行了一个标准化，一直到2003年，我们今天大家耳熟能详的AUTOSAR组织成立，它的目的是为了把所有的汽车底层软件进行标准化，通过在标准化合作，在产品上竞争，来促进整个行业的一个发展的效率，合作的效率，同时降低每家主机厂，每家零部件厂的成本，这是这个操作系统在整个过去发展过来的历史。这张图的上面操作系统的发展实际上伴随着芯片的不断发展，从单一的芯片，位数从8位、16位、32位一直到今天的异构、多核芯片的发展，都是伴生着共同发展的。
对于汽车来说，这张图实际上是说我们在70年代的时候，第一款微处理器汽车的诞生，实际上是现在软件应用在汽车上的一个起点。随着汽车的不断演进，我们也可以看到，在汽车行业它有一个深层次的产业模式的讨论，最早我们看到很有效率的是一个垂直配套的体系，例如通用汽车的垂直配套体系，使得它的产品研发非常快，满足标准化的产品，满足用户的需要，但是随着市场不断地发展，垂直配套体系也逐步向水平分工的体系变化，水平分工意味着每一个技术的器件，每一个零部件，每一个软件，每一块芯片都会有专业的公司生产制造，发挥各自的优势，同时整车厂在这个中间通过协同、集成，把最好的技术应用到汽车上面。这是一个产业链变化的发展。
今天汽车的智能化为电子电器架构的升级带来挑战，这张图大家都耳熟能详，由于我们的域集中、尤其我们的中心化，使得过去我们分布式的里面非常成功的一些软件架构和芯片架构不再适应于现在的现实需求，刚刚福瑞泰克的专家也提到，我们不仅仅是一个高算力、大算力，而且对于芯片来说，这个中间跨核的通讯，跨核的存储，这样的短板都需要解决，所以在多核异构的芯片上面，会有很多的深层次的需求提出来，这些需求为软硬件的结合和它的深度融合提出了更多的要求，也提出了更多的技术挑战。
有一个市场的数据，之前大家看到的麦肯锡报告，我们可以看到2023年汽车的操作系统和中间件，我们通常说的基础软件在全球会达到80亿美元的营销收入，软件在汽车中的比例会持续地加大，软件和芯片会成为将来汽车革命下半场的一个竞争的核心，软件和芯片共同组成的更有效率，运行更顺畅，发挥作用更大的底座是未来的一个创新的高地。
我们可以看到行业里经常在说两个观点，一个是软硬解耦，特别是软件企业非常喜欢说这个话，我们的产品就非常标准化，硬件也会标准化。另外一个说法是软硬融合，或者说软硬深度结合，这是另外一个说法。这两个说法听上去是不一样的，它所表述的观点也是不一样的。到底哪一种更符合现在的情况，我认为这两个是针对产品的不同阶段和不同要点的一个阐述，或者说每个企业在自己立场上的一个阐述，首先来说，对于一个成熟的技术，例如说我们在分布式的ECU上面，显然标准化的硬件，通过软件迭代优化升级来实现功能，软硬解耦更有利于提高整个产业的运营效率，使得整个产业的效率更高，相互之间的协同更顺畅。
对于一个新的产品和新的技术，特别是今天我们看到的域控制器这样一个新的技术，需要大算力，需要跨核的更有效率的一个运行的话，软硬一定要深度融合，所以在软硬结合和软硬深度融合这样一个观点上，实际上对于不同的产品是有不同的定义的。
软件企业和芯片企业在产业链中的重要性，当然是毋庸置疑的，但是我们可以看到这个产业链的关系也在发生变化，过去传统的链式关系是很简单的，就是OEM或者Tier1、下面是芯片和软件企业或者是Tier2等等一些工具软件，这样的企业的供应模式。现在已经变成了一个网状的生态，对于主机厂来说，自研的产品也是越来越多，所以很多我们的芯片供应商或者软件供应商会直接面对OEM提供解决方案。比如说这个是一个主机厂重点关注的要素，芯片和操作系统的适配度是不是适配的好，这张图实际反映的是我们一个上下游合作的点，就是芯片和中间件厂商以及主机厂、Tier1相互之间怎么合作。
当然随着智能化和网联化带来很多好处，也带来新的挑战，前面主持人也提到，我们的报告也提到，要关注功能安全和信息安全，我们今年实际上普华和一些合作伙伴讨论的时候，我们也提到一个新的概念，功能安全和信息安全在国际上是有单独的标准的。但是目前来说，我们发现了一些风险，实际上是耦合性的风险，也就是说在一个控制器里面不是单纯因为失效所引起的危害，它也可能有外部威胁引起的。所以我们的耦合风险如何解决，我们在方法论上还需要创新，我们也提出了一些融合安全。比如说对于多网络接入，多实体互联，多功能集成这样的环境下面，功能安全和网络信息安全的结合，所形成的一些风险如何来处理，需要新的方法论。
这个是刚刚讲的一些标准体系，功能安全、预期功能安全、信息安全，这些是现存的一个技术，三大安全体系和安全标准，当然它会不断演进。我刚刚讲过了，融合安全实际是是需要由功能安全和信息安全综合一体化的解决方案，这些解决方案不仅仅在于它的技术点或者功能上，而是需要把方法论，比如说像TARA和HARA一起去考虑。
安全实际上是首要的前提，所以所有汽车的应用需要而且必须建立在可靠稳定的底层技术之上，安全的标准也是一样的，无论是功能安全标准、信息安全标准还是将来的融合安全，如果有方法论和有技术的话，最终还是需要由底层的操作系统和芯片的技术去实现的，那是一个安全措施，是需要底层技术来支撑的。
当然了，在目前这个汽车发展的阶段，实际上除了技术之外，还需要去构建开源开放的产业生态，普华在今年5月份发布了我们的开源的微内核，也是和协会一起努力推进车用操作系统开源计划，我们希望通过这样的一个开源模式，在汽车行业里创新的把我们的上下游结合在一起，开源共建，更有效地开发我们的新产品。
最后简单介绍一下普华，我们是2008年成立的，中电科旗下专门做车用操作系统研发的一家企业，我们的车控操作系统已经发展了15年，AUTOSAR CP的产品，到去年为止，已经累计了1200万套的量产，我们也是国内首个通过ISO26262产品的车控操作系统的一个供应商。我们有CP和AP的结合的整体的解决方案，也是面对未来中心化控制器的一个底层技术的方案。
在和芯片的结合上，我们和国内外芯片都有一些底层解决方案，国外芯片就不说了，前十几年都是只有国外芯片，所以我们和国外芯片的融合方面，已经积累了很多的经验，国内的芯片我们这几年也是建立了很多的方案，下面举一些例子，这是一个案例，我们针对国产的数字底座解决方案的第一个案例，是我们用我们的符合ISO26262的ASIL D的基础软件和芯驰的芯片应用在智驾域、激光雷达、ACC、中央网关这样的控制器里面，这是一个典型的安全的控制器的解决方案。
第二个是我们和黑芝麻智能A1000的芯片，结合在一起，围绕着智能感知和控制器芯片SOC来提供这个解决方案。
第三个是我们跟地平线的J5结合，应用在我们的智驾域的控制器上面。
第四个是跟杰发科技的芯片，这也是一个安全的控制器的，ECU的解决方案，针对MCU芯片和我们国产的基础软件。
第五个是跟加特兰芯片结合的一个解决方案，主要面对的是汽车雷达的控制器，例如毫米波雷达、角雷达，雷达控制器等等。
这些实际上都是我们的软硬件结合在一起，软硬件解耦是一个正确的表述，但是软硬件解耦是相对的，并不是绝对的，所以软硬件结合在一起形成的方案会更有效率，更有性价比。
第六个是我们跟紫光芯能结合在一起的面对新能源汽车的电机控制器，整车控制器的解决方案。
最后这是普华的一个愿景，让我们汽车软件开发变得更加简单，为软件定义汽车提供最好的服务，谢谢大家！
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2023年12月5日-6日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题，设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中，在12月6日下午举办的“主题论坛三：构建汽车智能‘芯’生态”上，普华基础软件股份有限公司副总经理、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：
我是普华软件的张晓先，我今天的题目是车用芯片和操作系统如何来构建智能网联汽车的产业生态，今天我们是芯片的会议，为什么我们会提智能芯片和操作系统呢？今年实际上在年初的时候，我们国家最高领导人也提到，要打好操作系统和基础软件的攻坚战，所以在整个一年的时间里面，我们很多企业都在操作系统和基础软件方面发挥各自的优势，来推动我们的产业进步。
从技术上来讲，车用芯片和操作系统都是信息系统的一个根基，我们来看发展的一个历史，其实不仅仅是车用，在信息系统里面，芯片和操作系统已经有跨越半个世纪的协同、演进，从最早1955年，用命令行处理的，输入也是效率非常低的输入，一直到1973年有一个标志性的产品，分时操作系统，Unix操作系统的诞生，是现在很多操作系统的源头，我们今天提到了linux操作系统，QNX操作系统，其实从架构上都来源于1973年的这样的一个分时Unix操作系统。在发展的过程当中，我们过去经常讲一个问题，操作系统的发展动力到底是什么，因为普华是做操作系统的，也会问到一些行业内的朋友，操作系统到底如何发展的？它的驱动力是什么？
有一个观点说我们的驱动力是来源于整个应用需求的变化，当应用需求发生巨大变化的时候，操作系统就需要，包括芯片在一起都需要有一个技术上的创新，在1980年，操作系统用到了实时领域，RTOS实时操作系统的诞生，和Unix操作系统是两个完全不同的技术架构，实时性意味着当我们操作系统在运行的时候，它需要保障高优先级任务的随时运行，跟分时操作系统不一样，分时操作系统的目的是为了满足更多用户的需要，是为了满足更多吞吐的需要，而实时操作系统的目的是为了满足最优先任务的需要，所以它的设计权衡里面，它的吞吐率和满足更多用户反而是相对不重要的，所以这是两种不一样的操作系统的设计架构。接下来可能就很有趣了，我们一条路线是从人机交互的角度，从MS-DOS到Windows，这是完全面对个人计算机的一个发展的路线，另外一方面，面向计算领域，基于Unix操作系统，我们可以看到在1991年，我们又有一个非常大的新的模式创新，就是开放源代码，开源运动在1990年代开始，西方有一些宗教情节的人，或者有一些黑客背景的人，他认为一个软件去封闭源代码是一个不道德的事情，所以基于开放源代码，让大家共享你的一个设计结构，促进行业的发展，它认为这是一个非常好的理想化的行动。
所以1991年发起了一个基于开放源代码的linux操作系统，让行业发展，这个时候我们可以看到，我记得1994年的时候，我们第一次引进了一些开源的软件，当时互联网也刚刚起来，所以很多开源软件是在互联网上面用一种讨论组的形式，一种邮件列表的形式来传播的，当时非常兴奋，觉得这是一个特别好的资源的共享。我们也看到了linux从一个理想化的操作系统的运动，变成了一个非常成功的一个商业的模式。我们回过来看，30年过来以后，开放源代码的所有的软件，实际上都取得了巨大的成功，Linux操作系统不仅替代了过去的Unix操作系统，也代替了很多闭源的操作系统，比如说Sun公司的Solaris等等都消亡了。开源的一个操作系统它不仅意味着免费，前期理想化只是一个方面，但是开源操作系统最本质的一个优势，使得行业上下游的协同更加有效率，只有开放语言代码，我们现在看到汽车上面的所有软件，在合作交流的时候，可能主机厂都会要求开放源代码，它背后的一个逻辑，我们更有效率地去解决问题，更有效率地去集成一些方案。
1993年，我们在汽车行业里有一个标准化的行动，是OSEK的标准，从欧洲来说，把汽车基础软件里面的操作系统内核，通讯协议栈和网络管理协议栈这三个模块进行了一个标准化，一直到2003年，我们今天大家耳熟能详的AUTOSAR组织成立，它的目的是为了把所有的汽车底层软件进行标准化，通过在标准化合作，在产品上竞争，来促进整个行业的一个发展的效率，合作的效率，同时降低每家主机厂，每家零部件厂的成本，这是这个操作系统在整个过去发展过来的历史。这张图的上面操作系统的发展实际上伴随着芯片的不断发展，从单一的芯片，位数从8位、16位、32位一直到今天的异构、多核芯片的发展，都是伴生着共同发展的。
对于汽车来说，这张图实际上是说我们在70年代的时候，第一款微处理器汽车的诞生，实际上是现在软件应用在汽车上的一个起点。随着汽车的不断演进，我们也可以看到，在汽车行业它有一个深层次的产业模式的讨论，最早我们看到很有效率的是一个垂直配套的体系，例如通用汽车的垂直配套体系，使得它的产品研发非常快，满足标准化的产品，满足用户的需要，但是随着市场不断地发展，垂直配套体系也逐步向水平分工的体系变化，水平分工意味着每一个技术的器件，每一个零部件，每一个软件，每一块芯片都会有专业的公司生产制造，发挥各自的优势，同时整车厂在这个中间通过协同、集成，把最好的技术应用到汽车上面。这是一个产业链变化的发展。
今天汽车的智能化为电子电器架构的升级带来挑战，这张图大家都耳熟能详，由于我们的域集中、尤其我们的中心化，使得过去我们分布式的里面非常成功的一些软件架构和芯片架构不再适应于现在的现实需求，刚刚福瑞泰克的专家也提到，我们不仅仅是一个高算力、大算力，而且对于芯片来说，这个中间跨核的通讯，跨核的存储，这样的短板都需要解决，所以在多核异构的芯片上面，会有很多的深层次的需求提出来，这些需求为软硬件的结合和它的深度融合提出了更多的要求，也提出了更多的技术挑战。
有一个市场的数据，之前大家看到的麦肯锡报告，我们可以看到2023年汽车的操作系统和中间件，我们通常说的基础软件在全球会达到80亿美元的营销收入，软件在汽车中的比例会持续地加大，软件和芯片会成为将来汽车革命下半场的一个竞争的核心，软件和芯片共同组成的更有效率，运行更顺畅，发挥作用更大的底座是未来的一个创新的高地。
我们可以看到行业里经常在说两个观点，一个是软硬解耦，特别是软件企业非常喜欢说这个话，我们的产品就非常标准化，硬件也会标准化。另外一个说法是软硬融合，或者说软硬深度结合，这是另外一个说法。这两个说法听上去是不一样的，它所表述的观点也是不一样的。到底哪一种更符合现在的情况，我认为这两个是针对产品的不同阶段和不同要点的一个阐述，或者说每个企业在自己立场上的一个阐述，首先来说，对于一个成熟的技术，例如说我们在分布式的ECU上面，显然标准化的硬件，通过软件迭代优化升级来实现功能，软硬解耦更有利于提高整个产业的运营效率，使得整个产业的效率更高，相互之间的协同更顺畅。
对于一个新的产品和新的技术，特别是今天我们看到的域控制器这样一个新的技术，需要大算力，需要跨核的更有效率的一个运行的话，软硬一定要深度融合，所以在软硬结合和软硬深度融合这样一个观点上，实际上对于不同的产品是有不同的定义的。
软件企业和芯片企业在产业链中的重要性，当然是毋庸置疑的，但是我们可以看到这个产业链的关系也在发生变化，过去传统的链式关系是很简单的，就是OEM或者Tier1、下面是芯片和软件企业或者是Tier2等等一些工具软件，这样的企业的供应模式。现在已经变成了一个网状的生态，对于主机厂来说，自研的产品也是越来越多，所以很多我们的芯片供应商或者软件供应商会直接面对OEM提供解决方案。比如说这个是一个主机厂重点关注的要素，芯片和操作系统的适配度是不是适配的好，这张图实际反映的是我们一个上下游合作的点，就是芯片和中间件厂商以及主机厂、Tier1相互之间怎么合作。
当然随着智能化和网联化带来很多好处，也带来新的挑战，前面主持人也提到，我们的报告也提到，要关注功能安全和信息安全，我们今年实际上普华和一些合作伙伴讨论的时候，我们也提到一个新的概念，功能安全和信息安全在国际上是有单独的标准的。但是目前来说，我们发现了一些风险，实际上是耦合性的风险，也就是说在一个控制器里面不是单纯因为失效所引起的危害，它也可能有外部威胁引起的。所以我们的耦合风险如何解决，我们在方法论上还需要创新，我们也提出了一些融合安全。比如说对于多网络接入，多实体互联，多功能集成这样的环境下面，功能安全和网络信息安全的结合，所形成的一些风险如何来处理，需要新的方法论。
这个是刚刚讲的一些标准体系，功能安全、预期功能安全、信息安全，这些是现存的一个技术，三大安全体系和安全标准，当然它会不断演进。我刚刚讲过了，融合安全实际是是需要由功能安全和信息安全综合一体化的解决方案，这些解决方案不仅仅在于它的技术点或者功能上，而是需要把方法论，比如说像TARA和HARA一起去考虑。
安全实际上是首要的前提，所以所有汽车的应用需要而且必须建立在可靠稳定的底层技术之上，安全的标准也是一样的，无论是功能安全标准、信息安全标准还是将来的融合安全，如果有方法论和有技术的话，最终还是需要由底层的操作系统和芯片的技术去实现的，那是一个安全措施，是需要底层技术来支撑的。
当然了，在目前这个汽车发展的阶段，实际上除了技术之外，还需要去构建开源开放的产业生态，普华在今年5月份发布了我们的开源的微内核，也是和协会一起努力推进车用操作系统开源计划，我们希望通过这样的一个开源模式，在汽车行业里创新的把我们的上下游结合在一起，开源共建，更有效地开发我们的新产品。
最后简单介绍一下普华，我们是2008年成立的，中电科旗下专门做车用操作系统研发的一家企业，我们的车控操作系统已经发展了15年，AUTOSAR CP的产品，到去年为止，已经累计了1200万套的量产，我们也是国内首个通过ISO26262产品的车控操作系统的一个供应商。我们有CP和AP的结合的整体的解决方案，也是面对未来中心化控制器的一个底层技术的方案。
在和芯片的结合上，我们和国内外芯片都有一些底层解决方案，国外芯片就不说了，前十几年都是只有国外芯片，所以我们和国外芯片的融合方面，已经积累了很多的经验，国内的芯片我们这几年也是建立了很多的方案，下面举一些例子，这是一个案例，我们针对国产的数字底座解决方案的第一个案例，是我们用我们的符合ISO26262的ASIL D的基础软件和芯驰的芯片应用在智驾域、激光雷达、ACC、中央网关这样的控制器里面，这是一个典型的安全的控制器的解决方案。
第二个是我们和黑芝麻智能A1000的芯片，结合在一起，围绕着智能感知和控制器芯片SOC来提供这个解决方案。
第三个是我们跟地平线的J5结合，应用在我们的智驾域的控制器上面。
第四个是跟杰发科技的芯片，这也是一个安全的控制器的，ECU的解决方案，针对MCU芯片和我们国产的基础软件。
第五个是跟加特兰芯片结合的一个解决方案，主要面对的是汽车雷达的控制器，例如毫米波雷达、角雷达，雷达控制器等等。
这些实际上都是我们的软硬件结合在一起，软硬件解耦是一个正确的表述，但是软硬件解耦是相对的，并不是绝对的，所以软硬件结合在一起形成的方案会更有效率，更有性价比。
第六个是我们跟紫光芯能结合在一起的面对新能源汽车的电机控制器，整车控制器的解决方案。
最后这是普华的一个愿景，让我们汽车软件开发变得更加简单，为软件定义汽车提供最好的服务，谢谢大家！
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