软件，如何定义汽车？
作者 | 珊珊
编辑|文靓
“软件定义汽车”的时代早已开启，包括主机厂、Tier 1、内容提供商等在内，越来越多的玩家参与其中、大展拳脚，企图在这时代潮流中分到属于自己的那一杯羹。
而随着对汽车软件价值的挖掘日渐深入，行业内外对于“软件定义（Software-Defined）”的认知和研发也越发深入。
近日，ARM推出了首个将“云原生”概念引入汽车软件开发的架构SOAFEE，即面向嵌入式边缘的可扩展开放架构（Scalable Open Architecture for Embedded Edge）以及两款新的参考硬件平台。
更为重要的是，来自ARM的两位高管——ARM汽车事业部合作伙伴关系总监 Robert Day ，以及 ARM 汽车和物联网事业部亚太区合作伙伴关系高级总监邓志伟——借此机会分享了SOAFEE软件架构背后，ARM对于“软件定义汽车”的思考。
ARM如何理解“软件定义汽车”？
事实上针对“软件定义汽车”的概念，业内有着许多不同角度的解读。如果从整车价值的角度来理解，“软件定义汽车”即是指：整车的价值将不再由传统的机械硬件决定，而是由软件以及与软件所适配的电子硬件决定。
摩根士丹利曾在一份自动驾驶产业报告中提到，传统的汽车生产中，硬件占据了整车价值的90%，软件仅占据10%。但是，在未来的整车价值中，软件所占的比例将会提高到40%，硬件所占的比例则将下降到40%，至于剩余的20%将由内容决定。
未来打造汽车差异化的关键，或许将不再取决于原来的发动机等传统硬件，而是转变为整车全生命周期中的软件更新服务。
其背后的原因，或许正如Robert Day所言，“软件定义汽车”让汽车行业长期认定的“汽车从交付至用户手上那一刻起就开始老化”的观点不再适用。未来，通过软件的后续更新，汽车的驾驶体验或许只会随着行驶里程的增加而变得越来越好：
如同消费者早已习惯的智能手机软件更新一样，“软件定义汽车”的场景下，车辆的智能驾驶系统可以通过在线升级，获得更精准的操控或新功能；亦或是，通过电池充放周期的分析优化，提升汽车的续航能力……
基于此，在不久后的消费市场中，软件或将取代传统硬件，成为未来汽车最为核心的竞争力所在。
目前，国内外已经有很多车企在探索软件付费的商业服务模式。
如特斯拉可通过FSD完全自动驾驶选装包、OTA付费升级以及高级车联网订阅服务获得现金收益，其中来自FSD的累计现金收入已经达到12.6亿美元；
而国内的小鹏汽车也在今年开始以付费形式为车主提供高级自动驾驶系统XPILOT 3.0软件。或许是在软件收入的带动下，小鹏汽车2021年一季度毛利率已提升至了11.2%
在众多玩家的搅动下，汽车软件市场不断壮大。
根据麦肯锡的测算，汽车软件市场或以每年9%的速度增长，到2030年整个市场规模将达到840亿美金。
“软件定义汽车”市场之广阔，显而易见，只是我们也不难看到其中的技术挑战。
ARM指出，一款全新的车型，除了要搭载符合不同地区法规要求的多项强制功能，还必须提供数百个功能选项，其可能变量会以几何倍数扩增。
而要满足这些功能配置的要求，就需要一套可以进行大规模开发、测试与提供各项功能的方法，从而将干扰与相互依赖性降到最低。
何况，软件也离不开硬件的承载。现如今汽车越发多样、复杂的软件功能，对硬件平台也提出了更高的要求。
不同于可两三年一换的消费电子产品，汽车的平均使用年限往往要长得多。在这期间，汽车软件虽然可以通过OTA更新升级，但传感器、计算模块、 数据总线以及其他出厂搭载的基础硬件却不太可能改变。
这就意味着，除了需要确保汽车的硬件平台在出厂时能够提供功能安全、信息安全等功能，制造商还要具备一定的预见性与规划力，以保证此时所搭载的硬件平台性能足以支持未来十年或更久以后的功能更新。
而这也带来了一个相当有挑战性的问题，即：什么样的硬件平台，才能让汽车拥有足以处理还未发生的复杂场景所需的灵活性、算力与数据量？
ARM给出的答案是“软件定义”。
综合邓志伟和Robert Day的分享，ARM其实将“软件定义”解释为了一种以软件为中心的设计方法。
具体来看，ARM理解中的“软件定义”，不仅是指“由软件启动和控制一个特定的功能”，同时，“一个完整的软件定义还必须包含对底层硬件的抽象化，从而实现同样的软件在不同的硬件上都能顺畅运行。另外，软件定义还必须具备不断升级和更新的能力，并且必须以云端技术作为开发和构建的基础。”
ARM如何实现“软件定义”？
基于以上认识，ARM归纳了“软件定义汽车”必须实现的四个需求：
1、软件必须具备可移植性，即同一软件可在不同硬件中运行；
2、软件必须基于云端技术开发构建和升级，使开发和维护成本能够降到最低；
3、由于汽车产业的特殊性，软件必须能够满足实时性、功能安全以及保密的要求；
4、软件架构需为开放式的。因为只有开放的标准才能创造更大的生态系统，让所有人都能参与其中；
而ARM最新推出的SOAFEE软件架构以及硬件参考平台，正是为此而生。
据介绍，SOAFEE主要由两部分组成：
作为一个软件架构和开源参考实现，SOAFEE通过扩增既有的云端技术，满足了汽车产业对于实时性和功能安全的特殊要求；同时，SOAFEE还以Arm Project Cassini中的SystemReady开放标准为基础，实现了底层硬件的抽象化。
尤其值得注意的是，该架构引入了“云原生 (cloud-native) ”开发的概念。
ARM认为，随着汽车功能的复杂化、多样化，汽车软件代码越发冗长，曾有效推动云基础设施产业降低成本、缩短开发时间的云原生开发方式，比以往任何时候都更适用于汽车开发。
邓志伟介绍道，在以“云原生”为概念运行的系统中，能够为不同应用服务提供独立运行环境的“容器（container）”是在云端环境中进行开发、测试及验证的。然后，再经由一个编排器（Orchestrator）的软件模块，配置适当的软硬件资源给每一个“容器”中的应用与服务，使之能够在汽车中执行任务。同时在云端，另一个CI/CD (持续集成/持续交付) 的模块则负责管理应用及服务的更新。
他还表示，虽然目前市面上已经有了非常多的云端技术，但在与车厂、一级供应商沟通时，ARM发现虽然他们试过很多所谓的云技术，但其中几个问题始终无法通过既有技术解决。
这是因为，从数据中心或从服务器来的云端技术无法直接应用于汽车产业。其中最为关键的就是，汽车对于功能安全（functional safety）以及实时性（real time）的要求无法得到满足。
而SOAFEE最为重要的一项贡献，就是将编排器 (orchestrator) 改进成为能够处理功能安全和实时性需求的软件模块。
邓志伟指出，SOAFEE是第一个真正将云端技术导入汽车产业、并能满足汽车产业特殊需求的软件架构。
为什么是由ARM构建？
凭借其在产业供应链上的独特地位，ARM主导了SOAFEE的开发合作，并且针对汽车应用的安全和实时需求，设计和提供了标准、软件和开发者资源以及专用的处理平台。
但，这项工作为什么是由ARM来牵头完成，而非汽车产业中的其他传统玩家？
“软件定义汽车”的愿景离不开庞大生态系统的支持，这一点是毋庸置疑的。
但生态系统中的各路玩家如何各司其职，避免重复“造轮子”的问题，同样值得关注。
由于汽车软件层所涵盖的层次实在太多、太复杂，车企、Tier 1、软件供应商等企业在打造汽车软件生态时，实则应当各有不同的侧重点。
邓志伟表示，总体而言，车厂和Tier 1在软硬件投入上有许多共同的部分。如果存在统一的“软件定义汽车”平台作为大家开发的基础，并在此之上进行差异化功能和服务的开发，将有效提升整个行业的投资效率，使产业链中的企业和用户受益。
在他看来，车厂应当更加专注于触及终端用户的、提供应用及服务的软件；Tier 1则应当在满足车厂的应用及服务之上，更加关注中间软件的需求与开发。
至于，共用性更强的，如操作系统、Hypervisor等更为基础的软件模组，则应当交由第三方供应商打造。
“汽车产业如果要构建自己的一些基础软件，（整个产业的体量）将会变得非常庞大。最好的方式就是借助软件界，共同构建这些基础的软件。”邓志伟解释道。
而ARM在这汽车软件产业链中所扮演的角色，正是为整个智能汽车产业构建出能够满足其垂直需求的、界面标准化的基础架构。
邓志伟表示，在和车厂、一级供应商，甚至IC设计公司谈及SOAFEE这个想法时，“大家突然松了一口气，觉得这样的想法很好”。
因为此举不仅不会限制创新开发，反而可以通过提供开放、开源、标准化的架构，让车企、Tier 1、IC设计公司等共享技术资源，节省开发精力，从而更专注于各自领域的产品研发和差异化的创造。
目前， 除了AWS、ADLink、Ampere 与CARIAD外，ARM的这项计划已经获得整个供应链中多家企业的广泛支持，包括 Apex.AI、Continental、Green Hills Software、Linaro、Marvell、MIH联盟、红帽、SUSE、Woven Planet、Zing Robotics等。
