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隨著汽車工業(yè)進(jìn)入智能化與數(shù)字化時(shí)代，智能汽車已經(jīng)不再僅僅只是簡單的代步工具，而是成為集駕駛輔助、娛樂體驗(yàn)和個(gè)性化服務(wù)于一體的智能終端。車艙里的大屏幕不僅能夠展示導(dǎo)航信息，還能動(dòng)態(tài)調(diào)整顯示方式以適應(yīng)環(huán)境光線，車內(nèi)的智能語音助手可以回應(yīng)你的每一個(gè)需求，無論是調(diào)節(jié)座椅溫度還是尋找附近最好的咖啡館。
在這樣的智能駕駛體驗(yàn)背后，數(shù)字座艙和軟件定義汽車（Software-Defined Vehicle, SDV）正悄然重塑著整個(gè)汽車行業(yè)。它們不僅讓汽車更懂你的需求，還為未來的汽車發(fā)展提供了無限可能。
究竟數(shù)字座艙有何奧秘，SDV又如何重新定義汽車工業(yè)？前威瑪汽車智能化工程總監(jiān)Simon Zhong和我們從定義、技術(shù)、以及技術(shù)挑戰(zhàn)與機(jī)遇等方面展開了探討。
數(shù)字座艙興起與演變
在傳統(tǒng)的汽車中，駕駛員主要通過物理儀表盤獲取車速、燃油量等信息，而娛樂系統(tǒng)則只是簡單的收音機(jī)或CD播放器，這些系統(tǒng)之間缺乏聯(lián)動(dòng)性，功能相對(duì)單一。隨著信息技術(shù)和車載電子系統(tǒng)的進(jìn)步，數(shù)字座艙逐漸成為整車智能化的重要組成部分，集成了多功能顯示屏、車載信息娛樂系統(tǒng)、語音和人臉識(shí)別、智能虛擬助手等，打破了傳統(tǒng)儀表與娛樂系統(tǒng)之間的界限，在用戶體驗(yàn)和功能上取得了諸多突破。
Simon表示，總體來看，智能座艙的發(fā)展經(jīng)歷了電子化、智能助理、人機(jī)共駕等幾個(gè)關(guān)鍵階段。如今，智能座艙的概念已經(jīng)趨于泛化，它不僅只是一個(gè)車機(jī)概念，而是作為整車的人機(jī)交互入口，把乘客在汽車上包括視聽、觸覺、嗅覺等在內(nèi)的五感體驗(yàn)都囊括其中，甚至賦能車輛產(chǎn)生具象化的形象。
隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛（AD）技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字座艙也不只是信息顯示和控制中心，而是逐漸演進(jìn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、以用戶體驗(yàn)為核心的智能平臺(tái)。比如，智駕系統(tǒng)的感知、路徑規(guī)劃等信息更好的呈現(xiàn)，以便駕駛員能夠清晰的了解智駕系統(tǒng)的能力邊界，及時(shí)做出反應(yīng)。未來，當(dāng)車輛進(jìn)入自動(dòng)駕駛模式時(shí)，數(shù)字座艙還扮演了娛樂與生產(chǎn)力中心的角色，駕駛員逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌丝停摽梢蕴峁┮曨l會(huì)議、在線娛樂和個(gè)性化服務(wù)等多種功能，演變成移動(dòng)生活空間。
走進(jìn)“軟件定義汽車”
隨著人工智能、通訊和算力等技術(shù)的演進(jìn)，與數(shù)字座艙同步發(fā)展的還有“軟件定義汽車(SDV)”概念。
軟件定義汽車指以軟件為核心，通過軟件定義和實(shí)現(xiàn)車輛功能的一種全新汽車架構(gòu)模式。過去，在傳統(tǒng)汽車制造架構(gòu)中，功能通常是由分立的硬件配置來決定的。但在SDV架構(gòu)下，車輛的功能實(shí)現(xiàn)不再是分散在多個(gè)獨(dú)立的ECU中，而是由中央計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛功能的集中控制和高效的在線升級(jí)，使得車輛具備了更強(qiáng)的擴(kuò)展性和可更新性，能夠根據(jù)用戶需求進(jìn)行軟件的快速更新迭代。
SDV架構(gòu)的核心理念是：軟硬解耦、功能集成、持續(xù)迭代。
首先，車輛的功能不再依賴特定的硬件實(shí)現(xiàn)，而是通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口和協(xié)議，可以讓軟件可以在不同硬件中更加靈活的遷移、適配。硬件模塊化設(shè)計(jì)，使得硬件僅作為軟件的載體，便于功能擴(kuò)展和升級(jí)。
其次，借助OTA（Over-the-Air）技術(shù)，車輛功能和性能可以通過無線更新不斷優(yōu)化，用戶無需更換整車即可享受最新的軟件功能，例如自動(dòng)駕駛性能升級(jí)或座艙娛樂系統(tǒng)擴(kuò)展。
此外，SDV架構(gòu)提供開放的API和開發(fā)平臺(tái)，吸引第三方開發(fā)者參與，共同構(gòu)建豐富的軟件生態(tài)。用戶可根據(jù)需要安裝或解鎖特定功能，形成類似智能手機(jī)的“應(yīng)用商店”模式。
SDV的關(guān)鍵技術(shù)和硬件構(gòu)成
Simon表示，實(shí)際上，無論是數(shù)字座艙還是SDV，都是一種產(chǎn)品定義思路，而電子電氣架構(gòu)是它們的底層支撐。如今，要實(shí)現(xiàn)SDV也需要多種硬件和關(guān)鍵技術(shù)的支持，主要包括：
中央計(jì)算架構(gòu)：中央計(jì)算架構(gòu)是SDV的核心，通過將分散的電子控制單元（ECU）整合為高性能的中央計(jì)算單元，算力和數(shù)據(jù)的集中，大幅提升了軟件迭代效率，并可不斷衍生新的功能體驗(yàn)。
高性能芯片：功能的集成需要更高算力芯片的支持，智能駕駛及智能座艙領(lǐng)域也需要更強(qiáng)的NPU和GPU算力。
智能操作系統(tǒng)和中間件：為車輛的軟件管理提供統(tǒng)一平臺(tái)，確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、安全性和靈活性。
OTA（無線軟件更新）技術(shù)：實(shí)現(xiàn)功能的持續(xù)迭代和安全補(bǔ)丁的快速部署，使車輛能夠像智能手機(jī)一樣不斷優(yōu)化。
5G通信和云計(jì)算：增強(qiáng)了車內(nèi)外數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí)性和帶寬，更好的支持大模型的端云混合部署或自動(dòng)駕駛的遠(yuǎn)程接管。
供電要素：SDV需要強(qiáng)大的算力支持中央計(jì)算架構(gòu)、AI芯片和多傳感器融合，這對(duì)電能供應(yīng)提出了更高要求。數(shù)字座艙、自動(dòng)駕駛等功能的運(yùn)行也依賴于穩(wěn)定、高效的電力系統(tǒng)。
SDV推動(dòng)數(shù)字座艙的創(chuàng)新
SDV概念的發(fā)展和普及也在不斷推動(dòng)數(shù)字座艙的創(chuàng)新。
SDV的OTA技術(shù)為數(shù)字座艙的功能迭代和個(gè)性化服務(wù)提供了技術(shù)保障。車輛可以通過OTA快速部署新功能，用戶不需要更換硬件即可享受最新的技術(shù)進(jìn)步，使得數(shù)字座艙成為一個(gè)持續(xù)演進(jìn)的平臺(tái)。通過用戶數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析，座艙可以實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)置，為每位駕駛員提供定制化的界面和服務(wù)，例如根據(jù)駕駛習(xí)慣優(yōu)化座椅調(diào)節(jié)或娛樂推薦。
SDV還促進(jìn)了數(shù)字座艙生態(tài)系統(tǒng)的擴(kuò)展。開放的操作系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件平臺(tái)使第三方開發(fā)者可以參與座艙功能的創(chuàng)新，帶來更加豐富的應(yīng)用場景。例如，用戶可以選擇從應(yīng)用商店下載額外的功能模塊或訂閱服務(wù)，從而讓數(shù)字座艙變得更加靈活和多樣化。這種平臺(tái)化的設(shè)計(jì)使得數(shù)字座艙不僅是車輛的控制中心，也成為用戶生活的數(shù)字延伸。
此外，SDV推動(dòng)了數(shù)字座艙與智能駕駛的深度融合。在自動(dòng)駕駛模式下，數(shù)字座艙能夠重新定義駕駛員的角色，將其從操控者轉(zhuǎn)變?yōu)槌丝?。這要求數(shù)字座艙提供更豐富的娛樂、生產(chǎn)力和舒適性功能，例如高清視頻會(huì)議、云端辦公、沉浸式娛樂體驗(yàn)等。
數(shù)字座艙和SDV的行業(yè)應(yīng)用
隨著汽車智能化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字座艙和SDV的行業(yè)應(yīng)用已逐漸從概念階段走向?qū)嶋H落地。Simon表示，無論是造車新勢(shì)力還是老牌車企，近年來都開始以它們?yōu)槔砟钸M(jìn)行新車型的開發(fā)和制造。
例如，汽車的數(shù)字座艙采用了極簡化設(shè)計(jì)，完全取代傳統(tǒng)物理按鍵，以中控大屏為交互核心，整合駕駛數(shù)據(jù)、娛樂功能和車輛狀態(tài)顯示。通過其高度集成的中央計(jì)算架構(gòu)和強(qiáng)大的OTA能力，實(shí)現(xiàn)了車輛功能的持續(xù)更新和優(yōu)化，例如新增的能量回收模加速模式，以及自動(dòng)駕駛能力增強(qiáng)和娛樂應(yīng)用更新等。甚至，在2021年底將AMD 嵌入式 APU+RDNA2 獨(dú)立顯卡的X86芯片組合應(yīng)用到汽車上，在架構(gòu)不變的情況下進(jìn)行硬件迭代，使其可以支持3A游戲。
技術(shù)機(jī)遇與挑戰(zhàn)
隨著消費(fèi)者對(duì)汽車的期待逐漸從“代步工具”轉(zhuǎn)向“智能移動(dòng)空間”，數(shù)字座艙和SDV在這樣的背景下不斷發(fā)展。數(shù)字座艙和SDV所提供多模態(tài)交互、個(gè)性化和常用常新的體驗(yàn)，使汽車能夠隨著時(shí)間推移不斷優(yōu)化和提升，這種靈活性為汽車企業(yè)提供了增強(qiáng)客戶忠誠度的重要工具。
SDV的特性也促進(jìn)汽車廠商和技術(shù)供應(yīng)商開創(chuàng)了基于軟件和服務(wù)的商業(yè)模式。例如，通過OTA功能，車企可以提供訂閱式服務(wù)，解鎖高級(jí)駕駛輔助功能、導(dǎo)航升級(jí)或娛樂應(yīng)用。這種模式將汽車銷售從一次性硬件銷售轉(zhuǎn)型為長期收入流，創(chuàng)造了類似智能手機(jī)應(yīng)用商店的生態(tài)系統(tǒng)。
雖然開拓了全新的市場，目前數(shù)字座艙和SDV在整個(gè)汽車行業(yè)中的大規(guī)模普及應(yīng)用仍面臨著一些挑戰(zhàn)。
發(fā)展挑戰(zhàn)
算力瓶頸與成本問題：Simon談到，高階智駕以及座艙的多屏交互、本地大模型集成等需求，對(duì)算力的需求成倍增長，近年來車企熱衷于搶最強(qiáng)芯片的首發(fā)，從高通SA8155P到SA8295P，英偉達(dá)ORIN系列。但當(dāng)前車企仍不滿足現(xiàn)有芯片，蔚小理甚至都在自研芯片，車企的開發(fā)投入指數(shù)級(jí)增長，量產(chǎn)后的軟件迭代也需要團(tuán)隊(duì)不斷投入，對(duì)中小型車企尤其不利。另外，更高的單價(jià)成本也限制了高階智駕和旗艦座艙向 15萬以下級(jí)別的車型普及。
系統(tǒng)集成與兼容性：功能集中帶來的好處顯而易見，但這也大大提升了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，比如硬件的集成，在一定大小的零部件內(nèi)集成的器件越多，硬件設(shè)計(jì)難度就越高，不同子系統(tǒng)的功能安全需求不同，高階智駕的大算力芯片往往也需要水冷。軟件層面亦是如此，不同功能的軟件集成在一起，車輛控制的需要安全、穩(wěn)定，娛樂、生態(tài)的需要更好的兼容性，不同的需求，促使虛擬機(jī)Hypervisor+多操作系統(tǒng)來及進(jìn)行支撐。
重塑汽車供應(yīng)鏈：SDV對(duì)汽車行業(yè)的供應(yīng)鏈將產(chǎn)生較大影響，不再是軟硬件強(qiáng)綁定的模式。新的趨勢(shì)下，硬件的供應(yīng)會(huì)逐步向頭部有成本及質(zhì)量管控優(yōu)勢(shì)的企業(yè)聚集，如立訊精密。而軟件方面，則給了一些軟件和算法能力強(qiáng)的公司上車的機(jī)會(huì)，如商湯絕影、Momenta、輕舟智航等。整車廠與軟件供應(yīng)商、芯片廠商之間的合作關(guān)系將更加緊密。當(dāng)然，軟硬一體的方式依然會(huì)長期存在。
最后，Simon指出，數(shù)字座艙和SDV正在推動(dòng)汽車設(shè)計(jì)和制造從硬件導(dǎo)向向軟件驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型，從單一功能向多樣化服務(wù)拓展。隨著芯片、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，多模態(tài)大模型將可能支持對(duì)每個(gè)個(gè)體用戶的智能感知，進(jìn)而賦能智能汽車更加了解用戶，提供更加個(gè)性化和差異化的服務(wù)。
參考資料
[1]? http://www.ciaiechina.com/news2.asp?id=747
[2] https://www2.deloitte.com/cn/zh/pages/consumer-business/articles/software-defined-cars-industrial-revolution-on-the-arrow.html
[3]? https://news.qq.com/rain/a/20230717A00VJ900
