軟件定義汽車(chē)的時(shí)代，汽車(chē)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(chē)軟件工程師在英國(guó)是歸類(lèi)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(huì)看到外媒開(kāi)始捕捉到一些關(guān)于智能汽車(chē)，無(wú)人駕駛，車(chē)聯(lián)網(wǎng)等于我來(lái)說(shuō)新世界的新芽，突然覺(jué)得，汽車(chē)制造業(yè)這條大船好像要開(kāi)始轉(zhuǎn)移航向并且加速了。后來(lái)通過(guò)各種途徑了解到了國(guó)外各大車(chē)企確實(shí)開(kāi)始對(duì)汽車(chē)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(chē)自燃事件，其中最轟動(dòng)的是發(fā)生在上海的那起：4月21日，在上海的地下車(chē)庫(kù)停放的Model S無(wú)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(wèn)題后，特斯拉官方也做出了最快的應(yīng)對(duì)：于5月開(kāi)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(jí)。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(jí)起到了立桿見(jiàn)影的效果。
沒(méi)有召回汽車(chē)，甚至沒(méi)有提醒車(chē)主注意事項(xiàng)，特斯拉只進(jìn)行了一次例行公事的OTA升級(jí)就很好地渡過(guò)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(dòng)，則正在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)內(nèi)廣泛地落地。
汽車(chē)產(chǎn)業(yè)井噴的軟件工程師需求
根據(jù)美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)與IHS咨詢公司報(bào)告，上世紀(jì)80年代初，一輛轎車(chē)的電子系統(tǒng)只有5萬(wàn)行代碼，而現(xiàn)在高端豪華汽車(chē)的電子系統(tǒng)就有6500萬(wàn)行程序代碼，提升了1300倍。即便已到達(dá)近億的數(shù)量級(jí)，大陸汽車(chē)集團(tuán)總裁仍然認(rèn)為在未來(lái)的數(shù)年中，這個(gè)數(shù)字還將翻數(shù)倍甚至十倍!
汽車(chē)軟件如此重要，汽車(chē)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(lái)的五年當(dāng)中，不惜花費(fèi)研發(fā)投入的50%來(lái)“生產(chǎn)”整輛汽車(chē)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(lái)的3S戰(zhàn)略，Software便是3大核心之一;大陸汽車(chē)CEO則認(rèn)為，面向未來(lái)，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(chē)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(duì)以上問(wèn)題做出回答。目前最熱門(mén)的汽車(chē)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(lái)說(shuō)，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(dòng)，無(wú)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(wú)限改進(jìn)的可能：比如從簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制到閉環(huán)，從簡(jiǎn)單的閉環(huán)到具有深度的自學(xué)習(xí)。 最新汽車(chē)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(chē)軟件在未來(lái)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(dòng)駕駛軟件能力
自動(dòng)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(chē)輛的機(jī)械驅(qū)動(dòng)行為，實(shí)現(xiàn)兩者之間的高效聯(lián)動(dòng)，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(duì)于軟件工程師而言，無(wú)論是要對(duì)現(xiàn)有車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)駕駛改裝還是從頭開(kāi)始建造自動(dòng)駕駛汽車(chē)，都需要做很多工作。他們不僅需要對(duì)車(chē)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(yǔ)言，哪種工具和平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)，部署，優(yōu)化和管理自動(dòng)駕駛汽車(chē)軟件和硬件。
為了探尋上述幾個(gè)問(wèn)題的答案，我的日常分析所梳理了陳列在28家自動(dòng)駕駛汽車(chē)公司官網(wǎng)的招聘信息，將其中包括類(lèi)似于自動(dòng)駕駛汽車(chē)“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?、Linux開(kāi)源操作系統(tǒng)和Python高級(jí)編程語(yǔ)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(dòng)駕駛軟件領(lǐng)域的關(guān)鍵人力資源，與傳統(tǒng)汽車(chē)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，存在著先天不足的硬件能力。然而汽車(chē)產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重的產(chǎn)能過(guò)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(kāi)展自動(dòng)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(wú)時(shí)無(wú)刻地威懾著汽車(chē)巨頭們。
與Waymo競(jìng)爭(zhēng)，汽車(chē)巨頭們需要著力提升的就是自動(dòng)駕駛算法與軟件的開(kāi)發(fā)、集成、優(yōu)化與測(cè)試驗(yàn)證。一個(gè)滿足這一需求的自動(dòng)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(cè)當(dāng)中的一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)域有相關(guān)建樹(shù)。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(chē)廠商紛紛在硅谷安營(yíng)扎寨，招兵買(mǎi)馬，如下圖所示：
2. 互聯(lián)網(wǎng)與OEM爭(zhēng)奪最激烈的車(chē)聯(lián)網(wǎng)
相比于自動(dòng)駕駛的極端技術(shù)密集、資金密集性而言，車(chē)聯(lián)網(wǎng)(Connected Car)的可實(shí)現(xiàn)性要強(qiáng)很多。仔細(xì)分析車(chē)聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域眾多解決方案，可以將其大致分為三種類(lèi)型：
1. 簡(jiǎn)單一些如騰訊AI in car、百度DuerOS將智能導(dǎo)航、語(yǔ)音交互、云服務(wù)等功能做成類(lèi)似手機(jī)app的形式，在應(yīng)用層通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)已有的車(chē)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(duì)應(yīng)用層、框架層和汽車(chē)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(chē)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(duì)其內(nèi)核、硬件驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)服務(wù)等底層進(jìn)行重構(gòu)。重寫(xiě)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有針對(duì)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(shuō)，大型的汽車(chē)制造商都不會(huì)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(chē)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(chē)斥巨資正在開(kāi)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(duì)應(yīng)用層、框架層和汽車(chē)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(jí)需求以及并掌握核心的數(shù)據(jù)資源。
與自動(dòng)駕駛鐘愛(ài)C++與Python不同的是，車(chē)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(yǔ)言，從后端編程到Android的移動(dòng)應(yīng)用，從IoT網(wǎng)關(guān)到IoT云平臺(tái)，java都是當(dāng)之無(wú)愧的第一選擇。 使用Java進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的一個(gè)主要好處是便攜性，Java沒(méi)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(xiě)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(qǐng)Java開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行車(chē)聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。
3. 分布式汽車(chē)電子系統(tǒng)的集成化演進(jìn)
正常的一部高爾夫轎車(chē)，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(chē)各處以實(shí)現(xiàn)其發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、安全功能以及娛樂(lè)功能等等;更加高端的汽車(chē)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(jí)、系統(tǒng)協(xié)同工作、售后網(wǎng)絡(luò)的配套等問(wèn)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(guò)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(kāi)發(fā)的輔助及自動(dòng)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(jí)別自動(dòng)駕駛對(duì)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(chē)電子領(lǐng)域中，著力推動(dòng)汽車(chē)電子集成化的關(guān)鍵角色要屬全球知名汽車(chē)軟件公司Elektrobit了(2015年大陸集團(tuán)斥資6.6億美元收購(gòu)) ，該公司有一項(xiàng)核心業(yè)務(wù)就是基于面向未來(lái)的自適應(yīng)AUTOSAR和新的汽車(chē)電子電氣架構(gòu)，幫助車(chē)企打造高性能ECU。如上圖所示便是汽車(chē)電子大廠恩智浦正在打造的基于域的全新汽車(chē)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(kāi)發(fā)的S32高性能ECU。
上圖顯示了幾乎汽車(chē)全身的ECU都一個(gè)個(gè)嵌入到汽車(chē)內(nèi)部的專(zhuān)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(chē)上的嵌入式操作系統(tǒng)所有的內(nèi)核幾乎都是C語(yǔ)言編寫(xiě)，而嵌入式開(kāi)發(fā)是在操作系統(tǒng)內(nèi)部做開(kāi)發(fā)的，這就使得C語(yǔ)言成為天然的選擇； 除此之外，C語(yǔ)言具有簡(jiǎn)潔緊湊、使用靈活的語(yǔ)法機(jī)制，很高的運(yùn)行效率，并能直接訪問(wèn)硬件，這些優(yōu)點(diǎn)都使得C語(yǔ)言成為嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的首選語(yǔ)言。
寫(xiě)在最后：
自動(dòng)駕駛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)電子架構(gòu)，通往汽車(chē)工業(yè)未來(lái)的這三條賽道都在亟待軟件能力的注入，而來(lái)自硅谷的、互聯(lián)網(wǎng)圈的、汽車(chē)電子的廠商們憑借其在軟件領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)極力搶占這些賽道的主導(dǎo)權(quán)。身為賽道原來(lái)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(chē)價(jià)值鏈中的利潤(rùn)將像當(dāng)年的PC制造商們一樣被軟件制造商們無(wú)情地吞噬掉。
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