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軟件定義汽車的時(shí)代,汽車行業(yè)軟件工程師發(fā)展前景如何?我們需要哪些軟件能力
汽車軟件工程師在英國是歸類在政府緊俏人才列表上的。這個(gè)意味著什么?當(dāng)年偶然機(jī)會看到外媒開始捕捉到一些關(guān)于智能汽車,無人駕駛,車聯(lián)網(wǎng)等于我來說新世界的新芽,突然覺得,汽車制造業(yè)這條大船好像要開始轉(zhuǎn)移航向并且加速了。后來通過各種途徑了解到了國外各大車企確實(shí)開始對汽車實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化電子化智能化。
2019年,全球范圍內(nèi)先后至少有6起特斯拉汽車自燃事件,其中最轟動的是發(fā)生在上海的那起:4月21日,在上海的地下車庫停放的Model S無征兆自燃事件將特斯拉送上輿論熱點(diǎn)。在初步判斷為電池短路問題后,特斯拉官方也做出了最快的應(yīng)對:于5月開展了旨在“保護(hù)電池,改善電池耐用度”的2019.16.1和2019.16.2版軟件升級。隨后至今的數(shù)月當(dāng)中,Model S自燃的事故數(shù)量大大降低,軟件升級起到了立桿見影的效果。

沒有召回汽車,甚至沒有提醒車主注意事項(xiàng),特斯拉只進(jìn)行了一次例行公事的OTA升級就很好地渡過了這次危機(jī),軟硬件協(xié)調(diào)能力令人側(cè)目。
特斯拉所展現(xiàn)的軟件能力,已經(jīng)成為廣大主機(jī)廠們普遍的追求;而塑造自身軟件能力的行動,則正在汽車產(chǎn)業(yè)內(nèi)廣泛地落地。
汽車產(chǎn)業(yè)井噴的軟件工程師需求
根據(jù)美國電氣和電子工程師協(xié)會與IHS咨詢公司報(bào)告,上世紀(jì)80年代初,一輛轎車的電子系統(tǒng)只有5萬行代碼,而現(xiàn)在高端豪華汽車的電子系統(tǒng)就有6500萬行程序代碼,提升了1300倍。即便已到達(dá)近億的數(shù)量級,大陸汽車集團(tuán)總裁仍然認(rèn)為在未來的數(shù)年中,這個(gè)數(shù)字還將翻數(shù)倍甚至十倍!
汽車軟件如此重要,汽車產(chǎn)業(yè)上下游也理所當(dāng)然地將軟件能力提升到戰(zhàn)略地位:大眾集團(tuán)計(jì)劃在未來的五年當(dāng)中,不惜花費(fèi)研發(fā)投入的50%來“生產(chǎn)”整輛汽車代碼中的60%,為此需要將其軟件團(tuán)隊(duì)數(shù)量擴(kuò)容到5000人;而在3年前,零部件巨頭博世就制定了面向未來的3S戰(zhàn)略,Software便是3大核心之一;大陸汽車CEO則認(rèn)為,面向未來,大陸集團(tuán)的整個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)都應(yīng)該具備軟件背景。
那么目前的汽車產(chǎn)業(yè)需要工程師們具備怎樣的軟件能力呢?產(chǎn)業(yè)變局中的每條賽道究竟是個(gè)怎樣的現(xiàn)狀呢?下文將試圖針對以上問題做出回答。目前最熱門的汽車創(chuàng)新領(lǐng)域都在軟件部分或者是由軟件控制的系統(tǒng)。從細(xì)節(jié)來說,在歐洲每年不同公司內(nèi)部,公司與公司之間,和學(xué)校之間,還有政府投資的,關(guān)于軟件的非商業(yè)研發(fā)項(xiàng)目就已經(jīng)不計(jì)其數(shù)。在硬件高度同質(zhì)化的今天,不同廠商之間主要拼的其實(shí)就是軟件和系統(tǒng)集成效果。
而一個(gè)小小的硬件改動,無論是添加一個(gè)傳感器,控制閥,或者其他執(zhí)行機(jī)構(gòu),在控制軟件上都有無限改進(jìn)的可能:比如從簡單的開環(huán)控制到閉環(huán),從簡單的閉環(huán)到具有深度的自學(xué)習(xí)。 最新汽車軟件相關(guān)的流程,規(guī)范,例如ASpice,ISO 26262 以及 Autosar 的推進(jìn),也讓汽車軟件在未來從軟件質(zhì)量和研發(fā)效率上具有巨大的改進(jìn)空間。
1. 硅谷科技巨頭主宰的自動駕駛軟件能力
自動駕駛系統(tǒng)需要在感知周邊環(huán)境、明確自身道路位置之后即刻做出操作決策,前者涉及傳感器的物理特性,而后者則是車輛的機(jī)械驅(qū)動行為,實(shí)現(xiàn)兩者之間的高效聯(lián)動,就需要軟件能力。 實(shí)現(xiàn)這一高效聯(lián)接在實(shí)際工作中極其復(fù)雜。對于軟件工程師而言,無論是要對現(xiàn)有車輛進(jìn)行自動駕駛改裝還是從頭開始建造自動駕駛汽車,都需要做很多工作。他們不僅需要對車輛硬件上數(shù)億行代碼進(jìn)行編程,而且還需要明確使用哪種語言,哪種工具和平臺來開發(fā),部署,優(yōu)化和管理自動駕駛汽車軟件和硬件。
為了探尋上述幾個(gè)問題的答案,我的日常分析所梳理了陳列在28家自動駕駛汽車公司官網(wǎng)的招聘信息,將其中包括類似于自動駕駛汽車“engineer”或“development”的內(nèi)容做了篩選,發(fā)現(xiàn)幾乎所有的崗位都需要具備C++面向?qū)ο缶幊獭inux開源操作系統(tǒng)和Python高級編程語言三種關(guān)鍵能力,除此之外,掌握諸如Simulink、matlab以及git等工具的使用也是很大的加分項(xiàng)。

硅谷的科技企業(yè)掌握了自動駕駛軟件領(lǐng)域的關(guān)鍵人力資源,與傳統(tǒng)汽車巨頭們相比,這些科技企業(yè)擁有著在在人工智能算法及軟件實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢,存在著先天不足的硬件能力。然而汽車產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩使得硬件能力的獲得變得足夠廉價(jià),互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭們得以更加容易地開展自動駕駛領(lǐng)域的研究:Waymo如火如荼地在加州進(jìn)行著商業(yè)化運(yùn)作的嘗試,無時(shí)無刻地威懾著汽車巨頭們。
與Waymo競爭,汽車巨頭們需要著力提升的就是自動駕駛算法與軟件的開發(fā)、集成、優(yōu)化與測試驗(yàn)證。一個(gè)滿足這一需求的自動駕駛工程師需要在感知傳感器融合、環(huán)境建模、軌跡規(guī)劃及行為預(yù)測當(dāng)中的一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)域有相關(guān)建樹。而具備這種條件的人才大多數(shù)集中在硅谷,也促使各大汽車廠商紛紛在硅谷安營扎寨,招兵買馬,如下圖所示:

2. 互聯(lián)網(wǎng)與OEM爭奪最激烈的車聯(lián)網(wǎng)
相比于自動駕駛的極端技術(shù)密集、資金密集性而言,車聯(lián)網(wǎng)(Connected Car)的可實(shí)現(xiàn)性要強(qiáng)很多。仔細(xì)分析車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域眾多解決方案,可以將其大致分為三種類型:
1. 簡單一些如騰訊AI in car、百度DuerOS將智能導(dǎo)航、語音交互、云服務(wù)等功能做成類似手機(jī)app的形式,在應(yīng)用層通過調(diào)用系統(tǒng)已有的車輛服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能;
2. 深入一些像吉利GKUI、比亞迪DiLike等基于自身需求對應(yīng)用層、框架層和汽車服務(wù)層進(jìn)行定制,更下層則沿用裁剪后的Android組件,是希望自研操作系統(tǒng),而不被互聯(lián)網(wǎng)綁架的汽車企業(yè)的首選;
3. 最深入的要屬阿里巴巴的AliOS那樣,基于Android系統(tǒng),對其內(nèi)核、硬件驅(qū)動、系統(tǒng)服務(wù)等底層進(jìn)行重構(gòu)。重寫硬件抽象層和相關(guān)的資源調(diào)度模塊,并根據(jù)不同的底層硬件,對系統(tǒng)進(jìn)行有針對性的優(yōu)化,形成一個(gè)整體的打包解決方案。
正如第二點(diǎn)所說,大型的汽車制造商都不會坐視被外界互聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)綁架,不同程度地自研車聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)可能是其軟件轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的重要組成部分。比如大眾汽車斥巨資正在開發(fā)的全新操作系統(tǒng)vw.OS,其中很重要的一個(gè)目標(biāo)就是基于自身需求對應(yīng)用層、框架層和汽車服務(wù)層進(jìn)行定制,以確保實(shí)現(xiàn)全新電子架構(gòu)、滿足OTA升級需求以及并掌握核心的數(shù)據(jù)資源。

與自動駕駛鐘愛C++與Python不同的是,車聯(lián)網(wǎng)更傾向于使用Java作為其實(shí)現(xiàn)手段。作為整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域最流行的編程語言,從后端編程到Android的移動應(yīng)用,從IoT網(wǎng)關(guān)到IoT云平臺,java都是當(dāng)之無愧的第一選擇。 使用Java進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的一個(gè)主要好處是便攜性,Java沒有任何硬件限制,這意味著軟件工程師們可以在計(jì)算機(jī)上編寫和調(diào)試Java代碼,并將其部署到幾乎任何運(yùn)行Java虛擬機(jī)的設(shè)備上。出于這個(gè)原因,許多公司選擇聘請Java開發(fā)人員進(jìn)行車聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。
3. 分布式汽車電子系統(tǒng)的集成化演進(jìn)
正常的一部高爾夫轎車,需要將200多個(gè)供應(yīng)商參與完成的70個(gè)控制單元裝配到全車各處以實(shí)現(xiàn)其發(fā)動機(jī)熱效率、安全功能以及娛樂功能等等;更加高端的汽車需要上百個(gè)這樣的控制單元。這么復(fù)雜的電子系統(tǒng)顯然不適合于OTA的普及。例如原先計(jì)劃在9月法蘭克福發(fā)布的高爾夫第八代產(chǎn)品因電子模塊升級、系統(tǒng)協(xié)同工作、售后網(wǎng)絡(luò)的配套等問題促使大眾決定將這款產(chǎn)品的發(fā)布推遲到了明年2月,大眾的OTA難產(chǎn)也側(cè)面顯示了復(fù)雜分布式的弊端與集成式發(fā)展的必要性。
將多個(gè)ECU功能集中到單個(gè)超強(qiáng)ECU上,打造高性能ECU成為解決上述復(fù)雜性的關(guān)鍵辦法。例如大陸集團(tuán)通過把原先分散在雷達(dá)、攝像頭等傳感器小系統(tǒng)中的AEB、ACC、LKA等算法整合到新開發(fā)的輔助及自動駕駛控制單元ADCU中,降低電子架構(gòu)復(fù)雜性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了L3級別自動駕駛對更精確全面定位和環(huán)境感知的需求。

在大陸集團(tuán)內(nèi)部,甚至整個(gè)汽車電子領(lǐng)域中,著力推動汽車電子集成化的關(guān)鍵角色要屬全球知名汽車軟件公司Elektrobit了(2015年大陸集團(tuán)斥資6.6億美元收購) ,該公司有一項(xiàng)核心業(yè)務(wù)就是基于面向未來的自適應(yīng)AUTOSAR和新的汽車電子電氣架構(gòu),幫助車企打造高性能ECU。如上圖所示便是汽車電子大廠恩智浦正在打造的基于域的全新汽車電子架構(gòu),而承載這一架構(gòu)的便是采用了Elektrobit自適應(yīng)Autosar開發(fā)的S32高性能ECU。

上圖顯示了幾乎汽車全身的ECU都一個(gè)個(gè)嵌入到汽車內(nèi)部的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些嵌入式系統(tǒng)由嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)及相關(guān)軟件等幾部分組成。如計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等的操作系統(tǒng)一樣,汽車上的嵌入式操作系統(tǒng)所有的內(nèi)核幾乎都是C語言編寫,而嵌入式開發(fā)是在操作系統(tǒng)內(nèi)部做開發(fā)的,這就使得C語言成為天然的選擇; 除此之外,C語言具有簡潔緊湊、使用靈活的語法機(jī)制,很高的運(yùn)行效率,并能直接訪問硬件,這些優(yōu)點(diǎn)都使得C語言成為嵌入式軟件開發(fā)的首選語言。
寫在最后:
自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、汽車電子架構(gòu),通往汽車工業(yè)未來的這三條賽道都在亟待軟件能力的注入,而來自硅谷的、互聯(lián)網(wǎng)圈的、汽車電子的廠商們憑借其在軟件領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢極力搶占這些賽道的主導(dǎo)權(quán)。身為賽道原來主人的主機(jī)廠們?nèi)绻荒芗皶r(shí)轉(zhuǎn)身轉(zhuǎn)型,其在汽車價(jià)值鏈中的利潤將像當(dāng)年的PC制造商們一樣被軟件制造商們無情地吞噬掉。
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