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4月25日，“智能网联汽车技术创新与实践”暨清华大学110周年校庆车辆学院前沿技术论坛在北京召开，国汽智控（北京）科技有限公司总经理兼首席技术官、国家智能网联汽车创新中心首席技术专家、中国智能网联汽车产业创新联盟基础软件工作组组长、清华大学车辆与运载学院客座研究员尚进博士围绕智能网联汽车计算基础平台的发展现状与挑战、创新实践及未来趋势进行了全面分析。计算基础平台是智能网联汽车最重要的新增汽车零部件，无论是把智能汽车当成“四个轮子上的手机”，还是移动数据中心，它里面最重要的计算单元硬件及之上的软件结合在一起称为“计算基础平台”。随着车辆功能智能化、车内处理器中心化、整个平台软件化等结合在一起，使计算基础平台向上提供应用开发，同时向外能够带动5G及大数据分析、云计算、信息安全等互联网产业。计算基础平台也是“卡脖子”技术的产业化产品，与Wintel联盟、AA联盟类似，也是未来5-10年智能汽车平台的硬件和OS组合。因此，计算基础平台不仅是解决卡脖子技术，也是真正实现自主、可控、开放，实现我国汽车的强国梦。 计算基础平台实现新型产业链——1.5级供应商、新开发模式 计算基础平台能够推动和实现新的产业链和新的开发模式。在新的产业链中，对于传统Tier1和Tier2来说，计算基础平台是典型的Tier1.5。与Tier1和Tier2不同，计算基础平台一定是跨行业融合的，有ICT、有车辆工程、有AI算法，它既服务于主机厂，也服务于Tier1，主机厂和Tier1能基于计算基础平台来实现应用开发，打造完整的计算平台，实现自动驾驶功能。同时也可通过计算基础平台或Tier1.5来推动真正的硬件、基础软件和应用开发这种新型开发模式。首先整车行业现状离不开E/E架构，目前特斯拉、英伟达、华为等都开发了相关产品，实现了域控制器、中央处理器和云计算的结合。同时也出现了很多新的组织，包括Tier1和国内外主机厂都形成了各自的软件公司。与苹果类似，特斯拉从芯片到软件算法，甚至车辆制造、大规模量产，都是全自研的封闭体系。特斯拉推动了新产业链和新模式的发展，其本身是典型的硬件、基础软件应用开发的形式，通过应用开发OTA升级，带动了整个车辆生命周期的价值。从产品来看，特斯拉硬件几代的升级，包括E/E架构随着硬件集中化，实现数量级的降低；软件从L2到L3功能，通过OTA大范围升级应用开发，甚至通过加速包升级来产生价值。华为在2021年上海车展发布了MDC810，其最大算力可达400TOPS，补齐了其硬件平台家族。华为以硬件作为计算基础平台子产业链基础，与传感器、执行器接口，向上支撑自动驾驶操作系统，从硬件平台角度推动周边标准化进程，推动整个产业生态形成和发展。英伟达在2021年新品发布会上，宣布2025年将发布算力达到1000TOPS的车载芯片，除了高算力的GPU、SOC之外，英伟达也提供了几乎全套的基础软件，不仅仅包含Hyperledger内核、中间件、AUTOSAR、CP/AP，也包括了多级的Safety、Security，可靠冗余、信息安全以及通讯机制，形成了英伟达Drive OS，来提供主机厂定制化的算法开发或功能开发。同时，英伟达也在建立类似计算基础平台的实力。除此之外，其他企业也在布局计算基础平台子产业链，比如地平线、黑芝麻在芯片领域布局；从大众到国内整车厂，也包括互联网公司，软件主要围绕座舱软件开发，底层操作系统仍然是传统的计算机内核操作系统，目前急需建立以自动驾驶为核心的软件平台。我们所定义的计算基础平台围绕车辆的行驶功能，从传统的ECU、车控OS，发展到目前像特斯拉一样，具备高安全、高实时、高性能，包括信息安全、网联云控等功能的计算平台。 对于计算基础平台面临的挑战，毫无疑问首先它是行业融合技术，包括ICT、车辆工程、AI等；同时产品也是持续迭代过程，建立了新的产业链和新模式，主机厂如何能接受，以及如何能下沉自主开发；另外也存在研发投入大、人才要求高、盈利慢等挑战。计算基础平台创新思想和先进架构是由清华大学率先提出，目前已形成中国共识，同时在推进一系列行业标准。计算基础平台定义为智能汽车最核心的新型增量零部件, 是面向智能汽车及全生态的产业互联网车载基础平台，是包括异构分布硬件平台和智能汽车操作系统的“软硬”一体高科技产品。随着中国新能源汽车技术路线图2.0发布，也包括2020年11个部委牵头发布的《战略》，都明确突出了计算平台、车用操作系统作为基础平台技术，要以此为基础进行对应的白皮书、蓝皮书、技术路线图编制工作，另外我们也在牵引形成车用操作系统的标准体系。系统软件首先是内核和中间件这样成熟的产业链，但功能软件更是衔接了系统软件来支持应用开发，简单来讲，就是通过实现自动驾驶的共性功能、共性场景、共性算法，来提供主机厂差异化、高效、定制化的应用开发。而对于功能软件的共性功能来讲，需要同时与ICT结合起来实现实时、安全、扩展的软硬一体的数字底座。这里面实时安全包括对于不同芯片实时性，也包括可靠冗余、信息安全，当然也包括像网联云控这样的支撑。计算基础平台硬件多样化，自动驾驶操作系统单一和统一化，体现了行业如何真正实现主机厂的高效开发。计算基础平台整个产品系列和产业化工作，具体来分，首先，硬件、系统软件和功能软件，即操作系统形成了一个单独的产品，我们称之为智能网联操作系统；硬件平台可支撑异构硬件和不同硬件形态；网联云控基于边缘云、中央云和车内协同性软件形成云端产品，所以平台产品形态可以说是共性OS加上不同的异构硬件平台，跟不同车辆的集成，我们称为跨车型、跨硬件平台的产品形态和应用场景。第二，同样的OS加上整个边缘云和中央云这种基础软件的框架，来真正实现OS代表车辆数字化，实现车辆的数字孪生，在云端实现通过边缘计算来支持低性能车具备高智能的功能。以产业界成熟的计算基础平台产品为例，进一步介绍计算基础平台产品形态。这样软硬一体的产品跟传感器、执行器、车辆网络来做集成，主机厂或Tier1在计算基础平台内部来做自动驾驶或者自动驾驶扩展的应用开发，这样形成一个完整的自动驾驶的产品和方案。计算基础平台内部包括硬件和智能汽车操作系统，首先能够做到计算基础平台必须来支持主要的硬件架构，比如说Smart Sensor类似Mobileye的方案，SOC、多芯片，这里的多芯片不仅仅指AI加上计算芯片，也包括多个AI芯片，多个计算芯片以及不同厂家来如何统一OS来做支撑。OS内部除了成熟产业链、内核、中间件之外，更重要的是功能软件，功能软件通过基于自动驾驶的共性功能、共性场景、共性算法提取来形成数据流和算法引擎。一方面能够跟系统软件、硬件来充分耦合，能真正构建实时、可靠、冗余、信息安全、乃至网联云控、车云计算的数字底座；另一方面，随着共性功能、共性场景的提供，这样可以形成一个基于组件式的高效的应用开发，我们这里叫做基于SDK，类似于SoA的服务开发模式，展示了整个从SDK到代码再到仿真的结果。其中SDK里功能配置、模式管理器与传统开发是一致的，另外也扩展了环境模型、算法库、基于场景的归控模型等多种SDK。计算基础平台的特点是平台化、网联式和可扩展，平台化前面已提到既是不同的硬件架构、不同的芯片，跟统一OS的解耦，又是对充分实时安全的优化，向上支持各种自动驾驶应用开发与OS间的解耦，同时也要能实现差异化定制为主的高效开发。网联式除了信息安全外，还有网联云控。网联云控路侧、云端感知规划的结果，对于OS来讲，更是第三方可插扩算法的结果，即能够很平滑的插入到一个统一的OS里面。可扩展性，一方面整个系统的性能，硬件、软件随着芯片数目增加而弹性线性增加，同时共性算法能被用户所覆盖，能被用户引入更多自定义的算法，扩展不仅包括自动驾驶，我们所熟知的L0-L3，甚至L4的功能开发，也能基于感知规划，能更多实现扩展功能开发，这也是刚才提到的特斯拉等主机厂差异化最大的发力点和体现。刚才介绍OS放在边缘云上也能实现另外一个产品形态，这也是计算基础平台的数字化和云端化。可以看出与V2X不同，基于5GC、边缘计算、MEC、5GNR及URLLC，实现高速不延迟这样的网络，可以看到车辆在移动过程中，OS能够实现真正的数字孪生，OS实现孪生即实现本车孪生，这样上面应用开发能够在车和云之间迁移，同时计算结果不一定回到物理车，像网联云控也可以回到数字车上，真正实现车云计算协同孪生。因为智能网联汽车与信息安全都是两个热门行业，结合在一起，特别是现在智能网联汽车有更多摄像头、有更大处理能力，有更多的数据，毫无疑问信息安全是重中之重，也是智能网联汽车发展的必要。 计算基础平台既然是核心，那么它的信息安全、数据安全、隐私保护就是首要以及最重要的，且需要在智能网联汽车上实施。这里从主机安全、芯片安全，加密芯片，也包括secure boot。更进一步，通过IP和CAN双防火墙入侵检测来实现传统的信息安全防护，同时通过AI域、计算域和控制域的访问控制，针对自动驾驶或计算基础平台实现信息安全的保护。最重要的数据安全和隐私保护，功能软件所有的数据，创新性的实现基于地理信息、传感器类型、数据属性的数据安全的保护，也就是进出数据的保护，同时也包括生数据以及处理后的数据。 隐私保护要能够做到数据可审计、可跟踪，同时通过信息安全管理的配置实现整车的信息安全防护功能统一管理的配置，以及提供多级管理权限的配置，既有用户、主机厂，也有国家监管机构。我们携手行业伙伴，打造智能网联汽车操作系统生态圈。应用软件主要是主机厂和Tier1，硬件平台、芯片，包括内核、中间件、也包括仿真测试，计算基础平台一定是行业共建，同时自动驾驶操作系统也有共性OS和主机厂的定制OS，来支持主机厂的定制应用开发。目前我们的项目商业落地基本覆盖了中国十几家主机厂，一个是像普通Tier1这样自动驾驶开发，进一步基于OS能够开发定制化自动驾驶应用功能，再进一步能够开发更多扩展功能，再往上OS可以扩展到智能汽车OS，能真正开发完整车辆功能的软件定义，最后能实现车云协同计算，这样才是真正的一个智能网联汽车或者一个产业互联网。主机厂都能不同程度看到这些，通过整个行业共建，不同程度开展产业合作。这里有一些产业展望和建议，要建立智能网联汽车操作系统产业合作联盟，来打造以操作系统为核心完整的产业生态圈，从E/E架构、芯片一直到车外；同时也要推进应用开发生态以及应用示范，甚至包括软件开源；需加快构建标准体系，包括应用开发、操作系统标准和测试标准；也要积极展开芯片硬件平台、功能软件等的测试评价技术的研究工作。
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