在汽車產(chǎn)業(yè)加速變革的當(dāng)下,軟件與電子系統(tǒng)深度融合,正重塑汽車行業(yè)的發(fā)展格局。從智能駕駛輔助系統(tǒng)的迭代,到車載互聯(lián)功能的拓展,軟件定義汽車的趨勢(shì)愈發(fā)顯著,這既為行業(yè)帶來了無限創(chuàng)新機(jī)遇,也讓車企面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。
近日,新思科技中國區(qū)電子系統(tǒng)數(shù)字孿生總監(jiān)潘小偉先生應(yīng)邀參加Open House China 2025暨IPG中國十周年慶典,發(fā)表了《電子數(shù)字孿生:軟件定義系統(tǒng)高效開發(fā)及驗(yàn)證的未來》的主旨演講,與全球汽車行業(yè)的專家、合作伙伴及客戶,共同探討虛擬開發(fā)技術(shù)的前沿趨勢(shì)。潘小偉講解了數(shù)字孿生技術(shù)在汽車電子系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用,展示了如何通過虛擬ECU(VECU)在不同抽象層次上執(zhí)行生產(chǎn)代碼,從而在早期開發(fā)階段實(shí)現(xiàn)多樣化的測(cè)試。數(shù)字孿生技術(shù)將大幅提升開發(fā)效率,同時(shí)確保最高的安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
智能汽車的全方位賦能者
汽車上有很多ECU單元,這些單元實(shí)際上是由芯片組成,芯片ECU上運(yùn)行著自駕系統(tǒng)、座艙系統(tǒng)、域控系統(tǒng)等軟件,共同構(gòu)成汽車的電子電氣架構(gòu)。新思科技致力于幫助系統(tǒng)公司設(shè)計(jì)芯片,提供從芯片到系統(tǒng)的完整解決方案。芯片由更小的IP/Block組成,比如手機(jī)的USB接口、電腦的PCIe、HDMI接口等,這些IP有90%的可能性來自新思科技。有了這些IP模塊,再結(jié)合如ARM這樣的處理器,就能構(gòu)建芯片架構(gòu),這一過程需要借助EDA軟件工具去設(shè)計(jì)。
新思科技作為全球最大的EDA公司,構(gòu)建好芯片架構(gòu)后,還需與芯片生產(chǎn)制造商合作,提供版圖信息進(jìn)行流片。流片完成后,產(chǎn)品可提供給下游的Tier 1 OEM用于實(shí)現(xiàn)ECU板卡。同時(shí),新思科技也提供數(shù)字孿生系統(tǒng),幫助汽車產(chǎn)業(yè)基于虛擬方式更好更快地進(jìn)行軟件的開發(fā)、系統(tǒng)的集成。
新思科技成立37年,進(jìn)入中國剛好30周年。作為全球第12大軟件公司,我們?cè)谌驌碛?萬名員工,其中中國大陸約2000多人,去年?duì)I收約60億美金。潘小偉認(rèn)為,我們所處的時(shí)代十分幸運(yùn),過去20年,摩爾定律推動(dòng)芯片行業(yè)發(fā)展,算力實(shí)現(xiàn)了百萬級(jí)別的提升,芯片在生活中無處不在。過去10年,人工智能的興起進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,軟件定義系統(tǒng)也越來越普及。隨著芯片與系統(tǒng)的發(fā)展及融合,整個(gè)產(chǎn)業(yè)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和提供方面需要做出巨大變革。為此,新思科技CEO Sassine(蓋思新)在今年3月SNUG上提出“重構(gòu)工程設(shè)計(jì),引領(lǐng)科技創(chuàng)新”(Re-engineering Engineering)理念,未來產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的工具必須進(jìn)行創(chuàng)新變革以適應(yīng)新的變化。
如今,芯片到系統(tǒng)的變革在各行各業(yè)發(fā)生。最左側(cè)的芯片其實(shí)可分為兩類,一類是如功率器件,另一類是像MCU/SOC/MPU等帶有軟件的邏輯芯片。芯片算力不斷增強(qiáng),其承載的功能更多通過軟件系統(tǒng)呈現(xiàn),芯片公司不再僅僅提供芯片,還需提供成熟軟件,實(shí)際上某種程度上已成為一個(gè)小型系統(tǒng)。對(duì)于系統(tǒng)公司而言,以往設(shè)計(jì)產(chǎn)品注重電氣或機(jī)械特性,現(xiàn)在為實(shí)現(xiàn)更多功能,需要更多算力芯片,逐漸開始自行設(shè)計(jì)或控制相關(guān)系統(tǒng)、芯片及承載的軟件,這在汽車、航空航天和工業(yè)制造領(lǐng)域表現(xiàn)得尤為明顯。
軟件定義汽車帶來的多重挑戰(zhàn)
以汽車行業(yè)為例,國內(nèi)新勢(shì)力車企已開始自主造芯片并進(jìn)行垂直整合,為自身帶來差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但這一行業(yè)的新變化也帶來了諸多挑戰(zhàn),比如開發(fā)節(jié)奏快、成本控制難、質(zhì)量保障要求高。近年來,汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈,電子系統(tǒng)在汽車中的占比和成本不斷增加,軟件代碼量也大幅增長(zhǎng),如今一輛車可能有1.4億行代碼,預(yù)計(jì)到2030年將增至3億行,這些代碼都需要經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試驗(yàn)證才能交付給消費(fèi)者。同時(shí),因軟件和電子系統(tǒng)問題導(dǎo)致的召回事件也在增多。今年,國家對(duì)OTA的監(jiān)管愈發(fā)嚴(yán)格,要求企業(yè)必須備案,這就要求車企在首次交付產(chǎn)品時(shí)軟件質(zhì)量就要達(dá)標(biāo),OTA應(yīng)更多地用于增加新功能而非修復(fù)漏洞。此外,國外主機(jī)廠設(shè)計(jì)一款新車通常需要六到七年,而國內(nèi)部分主機(jī)廠僅需兩年甚至18個(gè)月,如何在如此短的時(shí)間內(nèi)完成產(chǎn)品迭代,同時(shí)保證創(chuàng)新,成為汽車行業(yè)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn),而這些挑戰(zhàn)的核心就在于軟件及軟硬件系統(tǒng)集成方面。
軟件變得越來越復(fù)雜,同一車型可能因軟件配置不同衍生出多種款型,但實(shí)際上最終可能它的硬件幾乎是一樣,實(shí)際上背后的不一樣的地方是軟件不同configuration來實(shí)現(xiàn)這樣差異化的產(chǎn)品,另外HiL臺(tái)架的測(cè)試和可用性也受到限制。車企在不斷擴(kuò)充軟件團(tuán)隊(duì),向軟件工廠轉(zhuǎn)型,如何提升軟件集成和開發(fā)的效率,以及在漫長(zhǎng)的汽車產(chǎn)業(yè)鏈中降低對(duì)供應(yīng)商的依賴、提高協(xié)作效率,都至關(guān)重要。
電子數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能汽車創(chuàng)新升級(jí)
數(shù)字孿生技術(shù)正是應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)的有效方法。在各行各業(yè),數(shù)字孿生都有廣泛應(yīng)用,比如英偉達(dá)的數(shù)字地球,可用于天氣預(yù)報(bào)、極端天氣分析、能源生產(chǎn)預(yù)測(cè)、碳排放預(yù)測(cè)等。在汽車行業(yè),數(shù)字孿生也并不陌生,像IPG的Carmaker對(duì)道路自動(dòng)駕駛的仿真、ANSYS對(duì)汽車物理機(jī)械等方面的仿真,還有利用AR/VR構(gòu)建虛擬汽車內(nèi)飾空間進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)等。然而,過去十年,車載ECU的開發(fā)缺少數(shù)字化仿真環(huán)境,而這正是新思科技全力推進(jìn)的方向。
潘小偉表示,新思科技的愿景和已經(jīng)在客戶中實(shí)現(xiàn)的成果是對(duì)整車的ECU進(jìn)行虛擬化仿真,涵蓋域控、中央計(jì)算、智駕部分,以及電源管理芯片、IC Driver等,還包括ECU之間通過以太網(wǎng)、CAN總線等的互聯(lián)。這種仿真可在主機(jī)或云服務(wù)器上運(yùn)行,結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)模型、電池、電機(jī)、傳感器以及自動(dòng)駕駛仿真場(chǎng)景,構(gòu)建出多領(lǐng)域數(shù)字孿生系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)真正的全數(shù)字孿生。
對(duì)于整車的電子電氣架構(gòu)集成來說,其鏈路很長(zhǎng),軟件從單元到組件再到整個(gè)棧的垂直整合,硬件從單個(gè)ECU到域級(jí)別再到多域級(jí)別架構(gòu),涉及眾多供應(yīng)商和不同團(tuán)隊(duì)。以往常出現(xiàn)車已基本完成,但因軟件問題無法按時(shí)上市的情況,這給車企帶來了巨大挑戰(zhàn)。所以,車企希望能提前進(jìn)行軟件棧和系統(tǒng)的垂直整合,延長(zhǎng)集成測(cè)試周期,加快產(chǎn)品上市時(shí)間(SOP)?;跀?shù)字孿生系統(tǒng)或虛擬ECU,還能加速OTA驗(yàn)證和更新。
虛擬ECU融入當(dāng)前開發(fā)流程,主要是針對(duì)軟件的不同層次提供不同抽象級(jí)別,實(shí)現(xiàn)從單元級(jí)測(cè)試到系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的全覆蓋。我們對(duì)虛擬ECU進(jìn)行了分級(jí),從level 0到實(shí)物HiL測(cè)試,新思科技重點(diǎn)關(guān)注level 1到level 4這部分。level 1可理解為應(yīng)用軟件層,以AutoSAR架構(gòu)為例,我們提供底層RTE環(huán)境用于軟件測(cè)試;level 3則是將ASW、RTE和BSW集成測(cè)試,虛擬ECU提供底層的MCAL和OS。level 1到level 3的測(cè)試基于host compile方式,在X86電腦上運(yùn)行。level 4是對(duì)實(shí)際ECU的完全虛擬化,又分為level 4b和level 4a。level 4b使用與HiL測(cè)試相同的二進(jìn)制代碼;對(duì)于大算力SOC,為避免模擬GPU消耗過多資源,采用level 4A的bypass方式,將上層庫放到主機(jī)的GPU卡上加速計(jì)算,對(duì)上層應(yīng)用而言,僅需替換底層GPU驅(qū)動(dòng)即可。新思科技專注于level 1到level 4的虛擬ECU仿真,助力客戶進(jìn)行不同軟件棧的開發(fā)和系統(tǒng)集成。
新思科技的電子數(shù)字孿生系統(tǒng)分為兩部分,backend是相關(guān)仿真引擎,負(fù)責(zé)level 1到level 4的虛擬化仿真;frontend是用戶交互界面和協(xié)作環(huán)境,方便開發(fā)者、測(cè)試者和供應(yīng)商協(xié)作。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)單個(gè)ECU的虛擬仿真,還能構(gòu)建多ECU虛擬仿真,通過虛擬總線互聯(lián),甚至能與實(shí)物、芯片實(shí)物模擬仿真相結(jié)合,同時(shí)也可與道路環(huán)境仿真工具(如IPG的CarMaker)集成,構(gòu)建多領(lǐng)域數(shù)字孿生系統(tǒng),進(jìn)行全車集成測(cè)試。此外,我們還能根據(jù)測(cè)試需求生成測(cè)試用例和報(bào)告。
潘小偉也分享了一些案例。比如奔馳在去年的新思科技Virtual Prototyping Day上展示了基于SiL的測(cè)試,今年9月在慕尼黑還會(huì)舉辦類似活動(dòng)。奔馳實(shí)現(xiàn)了SiL測(cè)試、HiL臺(tái)架測(cè)試和實(shí)車測(cè)試共用一套測(cè)試用例,形成了一個(gè)閉環(huán)測(cè)試環(huán)境,前期SiL測(cè)試結(jié)果可與HiL和實(shí)車測(cè)試結(jié)果比對(duì),實(shí)車測(cè)試數(shù)據(jù)又能反饋到SiL測(cè)試中,使仿真更精準(zhǔn),關(guān)鍵問題能在SiL仿真中提前發(fā)現(xiàn)并解決。不同的虛擬化仿真策略可支持不同軟件棧同時(shí)進(jìn)行開發(fā)、集成和測(cè)試,無論是上層應(yīng)用層軟件還是全棧軟件開發(fā),都能滿足需求,助力主機(jī)廠構(gòu)建軟件工廠,實(shí)現(xiàn)CICD DevOps和測(cè)試自動(dòng)化,大幅提升效率。雖然虛擬化測(cè)試無法取代HiL測(cè)試,但能讓測(cè)試、集成和開發(fā)環(huán)節(jié)提前,降低開發(fā)測(cè)試周期,提升軟件開發(fā)效率,降低成本。同時(shí),虛擬仿真還可進(jìn)行特殊場(chǎng)景測(cè)試和故障注入,不會(huì)損壞實(shí)物,能提高測(cè)試覆蓋率,降低召回風(fēng)險(xiǎn)。
此外,奔馳AMG的案例也充分體現(xiàn)了SiL測(cè)試的優(yōu)勢(shì)。通過應(yīng)用CI/CT和自動(dòng)化部署,原本需要29天的測(cè)試縮短到6天,他們的下一階段目標(biāo)是進(jìn)一步將測(cè)試時(shí)間縮短至3天左右。
IPG與新思科技合作的案例場(chǎng)景中(如圖2),左上角是CarMaker用于仿真道路車輛動(dòng)力學(xué)模型,左下角是兩個(gè)分別負(fù)責(zé)輔助駕駛ACC場(chǎng)景和AEB場(chǎng)景的ECU,它們生成FMU并集成到CarMaker中,通過Digital Twin的Fabric實(shí)現(xiàn)通信。右下角是TPT測(cè)試工具,用于導(dǎo)入需求生成測(cè)試用例和報(bào)告,右上角是Dashboard。在這個(gè)場(chǎng)景中,當(dāng)ACC車行駛中遇到前車時(shí)出現(xiàn)了異常情況,TPT測(cè)試報(bào)告顯示有一個(gè)Fail的Case,即駕駛員踩剎車后ACC未退出,反而被AEB直接剎停,這一仿真不僅能報(bào)告問題,還便于復(fù)現(xiàn)和調(diào)試,能高效解決問題。
攜手共筑汽車產(chǎn)業(yè)新未來
汽車行業(yè)的發(fā)展離不開生態(tài)伙伴的支持,新思科技與汽車行業(yè)的各種工具鏈相結(jié)合,構(gòu)建了完整的數(shù)字孿生系統(tǒng)。IPG是我們長(zhǎng)期的合作伙伴,共同構(gòu)建了自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景和環(huán)境。上個(gè)月,我們還與Vector達(dá)成戰(zhàn)略合作,共同推動(dòng)開源庫SIL Kit的發(fā)展,在多域ECU聯(lián)合仿真和對(duì)外連接調(diào)試方面提供更高效的方案。
潘小偉還表示,從去年開始,“新質(zhì)生產(chǎn)力”成為熱門概念并且國家把“發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”納入經(jīng)濟(jì)工作重點(diǎn),電子數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)于中國汽車產(chǎn)業(yè)而言,是關(guān)鍵的新質(zhì)生產(chǎn)力,它能夠助力中國汽車產(chǎn)業(yè)走向全球,提升國際競(jìng)爭(zhēng)力。通過新思科技與IPG等合作伙伴的共同努力,構(gòu)建的電子ECU孿生系統(tǒng)和多域數(shù)字孿生系統(tǒng),能幫助車企降低開發(fā)測(cè)試成本,加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。
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