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1、证券研究报告行业研究汽车 汽车行业深度报告 1 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 软件定义汽车,软件定义汽车,操作系统操作系统是汽车之是汽车之魂魂 增持(维持) 投资要点投资要点 软件定义汽车背景下,软件定义汽车背景下,操作系统是汽车生态发展的灵魂操作系统是汽车生态发展的灵魂。在智能网联汽 车产业大变革下,软件定义汽车理念已成为共识。传统汽车采用的分布 式 E/E 架构因计算能力不足、通讯带宽不足、不便于软件升级等瓶颈, 不能满足现阶段汽车发展的需求,E/E 架构升级已成为智能网联汽车发 展的关键。E/E 架构升级包括硬件
2、、软件、通信架构三大升级, (由下至 上) 芯片芯片+操作系统操作系统+中间件中间件+应用算法软件应用算法软件+数据构建核心技术闭环数据构建核心技术闭环, 汽 车操作系统是软件定义汽车生态循环发展的灵魂。 狭义操作系统格局稳定,各家均打造个性化广义操作系统。狭义操作系统格局稳定,各家均打造个性化广义操作系统。狭义 OS 仅 包含内核(如 Linux、QNX) ,广义广义 OS 从下至上从下至上包括从包括从 BSP、操作系统操作系统 内核、 中间件内核、 中间件及库组件等硬件和上层应用之间的所有程序。及库组件等硬件和上层应用之间的所有程序。 汽车底层 OS 格局较为稳定,主要玩家为 QNX(Bl
3、ackberry) 、Linux(开源基金会) 、 Andorid(Google) 。汽车 OS 分为座舱域、自动驾域两大类 OS。座舱域 OS 更加注重应用和开发者生态,因功能安全、信息安全较低,所以中 控和仪表的 APP 应用和接口发展较丰富, 国内多基于安卓/AliOS 开发, 国外多基于 Linux 开发。自动驾驶域 OS 更加注重高实时、安全性,由 于大部分车型仍未形成自动驾驶域,OS 发展仍较早期,布局来看多基 于 Linux/QNX 开发。参照 Mckinsey 数据,2020 年全球汽车广义操作系 统市场规模达 200 亿美元,到 2025 年达 370 亿美元,CGAR+13
4、.1%。 科技互联网聚焦于定制型科技互联网聚焦于定制型 OS,大部分车企聚焦于,大部分车企聚焦于 ROM 型型。操作系统 的改造分为: 1) 基础型) 基础型 OS: 完全独立研发的 OS 内核例如 Linux、 QNX 等,因成本花费过高或不会出现全新操作系统。2)定制型)定制型 OS:在基于 Linux、QNX 内核深度定制化开发,如修改内核、驱动、运行时环境、 应用程序框架等。例如 VW.OS、特斯拉 Version、Google 车载 Android、 华为鸿蒙 OS、AliOS 等。3)ROM 型型 OS:基于 Linux 或 Android 等进 行有限的定制化开发,不涉及内核更改
5、,一般只修改操作系统自带的应 用程序等,如比亚迪 DiLink、奇瑞 GKUI、蔚来 NIO OS、小鹏 Xmart OS。而车机互联本质上仅为手机投射到座舱中控 APP,并非 OS。 特斯拉特斯拉打造软硬件一体的闭环模式打造软硬件一体的闭环模式,其他玩家多为分工合作。,其他玩家多为分工合作。特斯拉构 建底层芯片-操作系统-核心算法-数据技术一体化闭环模式, 操作系统采 用类比苹果的 iOS 系统,具有软件模块更精简、系统更流畅、维护更简 单等有点。第三方操作系统或将出现类安卓模式,操作系统足够开源, 联合芯片巨头协同优化,中间件中间件/库组件库组件/算法软件应用等由算法软件应用等由 Tier
6、1/2 供供 应商应商一同一同提供提供。由于行业发展初期,第三方操作系统仍需不断迭代,随 着产品的逐渐成熟或将推动传统汽车产业链智能化发展进程。 投资建议投资建议: 我们看好 “5G/AI 技术进步+特斯拉催化” 带来的新一轮自动 驾驶行情。区别于 2015-2016 年,这轮行情四大不同点:1)软件取代硬 件定义汽车,E/E 架构升级成为关键已是行业共识;2)用户版 L3 级 ADAS 功能渗透率快速提升从而带来单车价值量上升;3)AI 芯片决定 算法生态,是未来汽车产业链的基石,发展先行,三强多极格局初步形 成。4)操作系统决定软件生态, 是未来汽车产业链的灵魂。广义操作系 统中的BSP+
7、中间件+UI和应用软件算法等仍需要由第三方供应商供应, 核心推荐核心推荐 2 条产业链:条产业链:1)BSP+中间件中间件+UI 供应商:通过供应商:通过深度绑定英伟深度绑定英伟 达达的的 【德赛西威】【德赛西威】 +华为汽车产业链华为汽车产业链 【华阳集团】 (智能座舱【华阳集团】 (智能座舱+自动驾驶) ,自动驾驶) , 关注高通关注高通+华为产业链华为产业链【中科创达】 (【中科创达】 (BSP+中间件中间件) ;2)关注以核心)关注以核心软软 件算法件算法优势的 【蔚来汽车优势的 【蔚来汽车+理想汽车理想汽车+小鹏汽车小鹏汽车+威马汽车】 ,威马汽车】 , 关注关注高精地高精地 图图
8、【四维图新】【四维图新】 , 底盘电子 【伯特利底盘电子 【伯特利+科博达】科博达】 ,关注芯片关注芯片+算法 【地平线】算法 【地平线】 。 风险提示:风险提示:自动驾驶行业发展不及预期,法律法规限制自动驾驶发展 行业走势行业走势 相关研究相关研究 1、 汽车行业深度:软件定义、 汽车行业深度:软件定义 汽车,汽车,AI 芯片芯片是是生态之源生态之源 2020-06-23 2、 汽车行业深度:软件定义、 汽车行业深度:软件定义 汽车,汽车,E/E 架构是关键架构是关键2020- 05-29 3、 汽车行业深度:软件定义、 汽车行业深度:软件定义 汽车,汽车,ADAS 正加速正加速2020-0
9、5- 17 2020 年年 08 月月 05 日日 证券分析师证券分析师 黄细里黄细里 执业证号:S0600520010001 -9% 0% 9% 17% 26% 34% --08 汽车沪深300 2 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业深度报告 内容目录内容目录 1. 操作系统是软件定义汽车生态发展的灵魂操作系统是软件定义汽车生态发展的灵魂 . 4 2. 操作系统承上启下,引领智能汽车发展操作系统承上启下,引领智能汽车发展 . 6 2.1. 汽车
10、广义 OS 包含系统和功能软件两大部分 . 6 2.2. 典型层次的汽车操作系统改造. 7 2.3. 2020 年全球汽车广义操作系统市场达 200 亿美元. 8 3. QNX、Linux、Android 为三大主要底层为三大主要底层 OS. 9 3.1. QNX:非开源&安全实时 . 10 3.2. Linux:开源&功能强大 . 11 3.3. Android:Linux 的发行版本 . 13 3.4. WinCE:逐步推出市场 . 13 4. 车企车企&互联网互联网&科技齐发布操科技齐发布操作系统作系统 . 14 4.1. 特斯拉率先打造 OS,树立行业标杆 . 14 4.2. 大众打造
11、 VW.OS 平台,加快数字化转型 . 15 4.3. Google 车载安卓入局,有望复制手机安卓之路 . 17 4.4. 华为鸿蒙面向全领域,打造独立第三方平台. 18 4.5. 百度 Apollo 深耕多年,静待开花结果 . 20 4.6. 阿里 AliOS 以座舱切入,抢夺应用生态入口 . 22 4.7. 腾讯车联 TAI 入局较晚,座舱生态优势明显 . 23 5. 借智能手机之石,攻智能汽车之玉借智能手机之石,攻智能汽车之玉 . 25 5.1. 开源路线的代表 Android . 25 5.2. 一体式闭环模式的代表 iOS . 26 5.3. 智能汽车 OS 的发展启示 . 27
12、6. 受益标的受益标的 . 27 7. 风险提示风险提示 . 28 图表目录图表目录 图 1:计算机系统结构. 4 图 2:E/E 架构由分布式-域控制-中央集中式不断升级 . 5 图 3:车载智能计算平台架构. 7 图 4:2030 年全球汽车广义操作系统市场达 500 亿美元,CAGR+9% . 8 图 5:各操作系统的主要区别. 9 图 6:汽车座舱底层操作系统市场份额. 9 图 7:QNX 系统软件架构 . 10 图 8:QNX 驾驶辅助系统平台 . 11 图 9:QNX 和汽车广泛合作 . 11 图 10:AGL 主要成员 . 12 图 11:车企可根据需求整合 GENIVI 提供的
13、模块 . 12 图 12:GENIVI 用户只需要调整少量的代码 . 12 mNpQpPsNqPtRxPqPtPtMmPbRdN9PnPqQoMpPkPqQyQiNrRvM8OrQrOxNqMnQvPtOoR 3 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业深度报告 图 13:GENIVI 主要成员 . 13 图 14:特斯拉操作系统软件架构. 14 图 15:大众 VW.OS 操作系统 . 16 图 16:大众集团汽车云战略. 16 图 17:大众基于 VW.OS 实现软硬件分离 . 17 图 18:大众 ODP 平台. 17
14、 图 19:Google 车载安卓操作系统 . 17 图 20:Android Automative 架构. 18 图 21:华为 VDC 智能电动平台 . 19 图 22:华为 MDC 智能驾驶平台 . 19 图 23:华为 VDC 智能电动平台 . 19 图 24:华为 CDC 智能座舱平台 . 19 图 25:华为智能驾驶 MDC 架构平台 . 20 图 26:百度 Apollo 发展历程 . 21 图 27:百度 Apollo 架构图 . 21 图 28:AliOS 发展历程 . 22 图 29:AliOS 系统架构图 . 23 图 30:腾讯车联 TAI 发展历程 . 23 图 31
15、:手机操作系统历年市占率情况. 25 表 1:特斯拉历年重大 OTA 升级 . 15 表 2:Harmony OS 主要历程 . 18 4 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业深度报告 1. 操作系统操作系统是软件定义汽车生态发展的是软件定义汽车生态发展的灵魂灵魂 在消费者视角下,智能网联汽车快速发展在消费者视角下,智能网联汽车快速发展。随着智能汽车快速发展,智能座舱和 ADAS 功能均不断升级,不论是传感器数量、芯片算力还是单车价值均实现快速提升, 参照我们前期发布的软件定义汽车,智能座舱先行和软件定义汽车,软件定义汽
16、车,智能座舱先行和软件定义汽车,ADAS 正加正加 速速报告,重点梳理了座舱和 ADAS 升级路径、上下游产业链的竞争格局以及根据我们 自建的样本数据库测算了市场规模。 智能座舱方面, 我国智能座舱市场规模将由 2020 年 的 567 亿元提升至 2025 年的 1030 亿元,CAGR 超过+15.2%;ADAS 方面,我国自动驾 驶市场规模将由 2020 年的 844 亿元提升至 2025 年的 2250 亿元,CAGR 超过+21.3%。 软件定义汽车大趋势下,芯片软件定义汽车大趋势下,芯片+操作系统操作系统+中间件中间件+应用算法软件应用算法软件+数据是实现智能数据是实现智能 汽车的
17、关键。汽车的关键。在智能网联汽车产业大变革下,软件定义汽车理念已成为共识。传统汽车 采用的分布式电子电气(E/E)架构因计算能力不足、通讯带宽不足、不便于软件 OTA 在线升级等瓶颈,不能满足现阶段汽车发展的需求,E/E 架构升级已成为智能网联汽车 发展的关键。参照我们前期发布的软件定义汽车,软件定义汽车,E/E 架构是关键架构是关键 ,该文重点论述了 E/E 架构升级包括硬件、软件、通信架构三大升级,芯片芯片+操作系统操作系统+中间件中间件+应用算法应用算法 软件软件+数据构建核心技术闭环数据构建核心技术闭环, 未来谁能把握其中一环, 未来谁能把握其中一环或或将实现汽车产业链地位的提升。将实
18、现汽车产业链地位的提升。 图图 1:计算机系统结构计算机系统结构 数据来源:东吴证券研究所绘制 传统车企操作系统将有独立的多个操作系统传统车企操作系统将有独立的多个操作系统/系统程序系统程序向少数向少数/一个操作系统发展一个操作系统发展。 参照我们前期发布的软件定义汽车,软件定义汽车,AI 芯片芯片是是生态之源生态之源 ,该文论述了随着汽车 E/E 架构硬件由分布式向域控制-中央集中式不断升级,域控制器的重要性凸显,而 AI 芯片 则是自动驾驶域控制器/中央计算平台的核心。座舱域的 AI 芯片玩家主要为高通、英特 尔、华为(麒麟)和瑞萨等,要求 AI 算力较小,安全等级较低,而自动驾驶域在 A
19、I 算 5 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业深度报告 力和功能安全均远高于座舱芯片,因此 AI 芯片玩家主要为特斯拉(自研) 、Mobileye、 英伟达、华为和地平线等。传统汽车因不同域之间要求的实时性、安全性、通信带宽不 尽相同,传统汽车主机厂/Tier 1 级供应商无法一步到位,因此多为跨域融合方案(即 3 个域或 5 个域等) 。因此因此,随着域的逐渐形成随着域的逐渐形成,域操域操作系统作系统将逐渐形成,将逐渐形成,本文本文将将重点论重点论 述汽车操作系统是述汽车操作系统是实现实现软件定义汽车的灵魂软件定义汽
20、车的灵魂。 图图 2:E/E 架构由分布式架构由分布式-域域控制控制-中央集中式不断升级中央集中式不断升级 数据来源:地平线,东吴证券研究所 6 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业深度报告 2. 操作系统操作系统承上启下,引领智能汽车发展承上启下,引领智能汽车发展 操作系统(Operating System, OS)是指控制和管理整个计算系统的硬件和软件资源, 并合理地组织调度计算机的工作和资源, 以提供给用户和其他软件方便的接口和环境的 程序集合。智能设备发展到一定程度后一般都需要专门的 OS,例如 PC 机对应的微
21、软 Windows 系统,智能手机对应的 Google Android 系统和苹果 iOS 系统。在软件定义汽车 的大趋势下,汽车 OS 是传统汽车实现智能汽车升级的关键。汽车操作系统是从传统汽 车电子基础软件不断演变而来,传统汽车电子产品可分为两类:传统汽车电子产品可分为两类: 1)汽车电子控制装置汽车电子控制装置:通过直接向执行机构(如电子阀门、继电器开关、执行马达 等)发送指令,以控制发动机、变速箱、动力电池等协同工作的系统,一般统称为 ECU (电子控制单元) 。 常见的 ECU 包括发动机电控系统 EMS、 自动变速箱控制单元 TCU、 车身电子稳定系统 ESP、电池管理系统 BMS
22、 等。该类系统涉及安全、行驶性能。 2)车载电子设备车载电子设备:如仪表、中控、抬头显示(HUD) 、流媒体后视镜等。这类系统 常与用户体验相关, 不直接参与汽车行驶的控制决策, 对车辆行驶性能和安全影响较小。 未来未来汽车汽车操作系统操作系统将将主要分为自动驾驶主要分为自动驾驶 OS 和智能座舱和智能座舱 OS 两大类两大类。不同车企/Tier 1 根据自身的规划,对域划分个数不尽相同,如博世分为 5 个域(动力域、底盘域、座 舱域、 自动驾驶域、 车身域) , 大众 MEB 平台车型为 3 个域 (自动驾驶域、 智能座舱域、 车身控制域) ,华为同样也为 3 个域(自动驾驶域、智能座舱域、
23、整车控制域) 。虽然有 多个域,一般主要分为注重开放、兼容性、生态的智能座舱域操作系统和注重实时、安 全、稳定的自动驾驶域操作系统两大类型。 2.1. 汽车广义汽车广义 OS 包含包含系统和功能软件两大部分系统和功能软件两大部分 狭义的操作系统仅包含系统内核 Kernel 部分, 是系统软件其中的一部分, 而广义的 操作系统则包含系统软件和功能软件。 车载智能计算平台自下而上可大致划分为硬件平车载智能计算平台自下而上可大致划分为硬件平 台、系统软件台、系统软件(硬件抽象层(硬件抽象层+OS 内核内核+中间件)中间件) 、功能软件、功能软件(库组件(库组件+中间件)中间件)和应用算和应用算 法软
24、件等四个部分。法软件等四个部分。 1)硬件平台硬件平台:基于异构分布式硬件架构包括 AI 单元、计算控制单元,应支持芯片 选型灵活、可配置拓展、算力可堆砌等优点。 2)系统软件系统软件:是针对汽车场景定制的复杂大规模嵌入式系统运行环境,主要包含 三层:a)硬件抽象层:硬件抽象层:包括 BSP(板卡支持包) 、Hypervisor(硬件虚拟化技术,提供虚 拟平台支持多操作系统)等。BSP 包括了 Bootloader(以基础支持代码来加载操作系统 的引导程序) 、HAL(硬件抽象层)代码、驱动程序、配置文档等,是内核与硬件之间的 接口层,目的是为操作系统提供虚拟硬件平台,使其具有硬件无关性,可以
25、在多平台上 移植。b)操作系统内核操作系统内核(Kernel) :即为狭义操作系统:即为狭义操作系统,如 OSEK OS、VxWorks、RT- Linux 等。内核提供操作系统最基本的功能,负责管理系统的进程、内存、设备驱动程 7 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业深度报告 序、文件和网络系统,决定着系统的性能和稳定性。c)中间件:中间件:处于应用和操作系统之 间的软件,实现异构网络环境下软件互联和互操作等共性问题,提供标准接口、协议, 具有较高的移植性,如 POSIX/ARA(自适应 AutoSAR 运行时环境即中
26、间件 API 接口) 和 DDS(分布式实时通信中间件)等。 3)功能软件功能软件:包含自动驾驶的核心共性功能模块,如相关算法的编程框架(如 TensorFlow、 Caffe、 PaddlePaddle 等) 。 核心共性功能模块包括自动驾驶通用框架、 网联、 云控等,结合系统软件,共同构成完整的自动驾驶操作系统,支撑自动驾驶技术实现。 4)应用算法软件:应用算法软件:即为实现具体自动驾驶功能、HMI 交互等算法软件。 图图 3:车载:车载智能智能计算平台架构计算平台架构 数据来源:中国软件评测中心,东吴证券研究所绘制 2.2. 典型典型层次层次的的汽车汽车操作系统操作系统改造改造 汽车操作
27、系统按照对底层操作系统改造程度的不同,主要可以分为以下汽车操作系统按照对底层操作系统改造程度的不同,主要可以分为以下几几种:种: 1)基础型基础型操作系统操作系统:打造全新底层操作系统和所有系统组件, 如系统内核、底层驱 动等,有的还包括虚拟机,如 QNX、Linux、WinCE 等。因打造全新操作系统需要花费 太大的人力、物力,目前基本没有企业会全新开发底层操作系统。 2)定制型操作系统)定制型操作系统:在基础型操作系统之上进行深度定制化开发, 如修改内核、硬 件驱动、 运行时环境、 应用程序框架等。 典型代表如大众 VW.OS、 特斯拉 Version、 Google 车载 Android
28、、华为鸿蒙 OS、AliOS 等,它们已经属于自主研发的独立操作系统。 3)ROM 型汽车操作系统型汽车操作系统:基于 Linux 或安卓等基础型操作系统进行有限的定制化 8 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业深度报告 开发,不涉及系统内核更改,一般只修改更新操作系统自带的应用程序等。大部分的主 机厂一般都选择开发 ROM 型操作系统,国外主机厂多选用 Linux 作为底层操作系统, 由于国内 Android 应用生态更好,国内自主品牌和造车新势力大多基于 Android 定制汽 车操作系统,例如比亚迪 DiLink、
29、奇瑞 GKUI、蔚来 NIO OS、小鹏 Xmart OS 等。 超级汽车超级汽车 APP (又(又称称车机互联车机互联或或手机映射系统)手机映射系统) , 不是完整意义的不是完整意义的汽车汽车 OS,指简单 地把手机屏幕内容映射到车载中控,通过整合地图、音乐、社交等功能为一体来满足车 主需求的 APP,如苹果 CarPlay、谷歌 Android Auto、百度 CarLife、华为 Hicar 等。主要 系由于汽车座舱为保证系统的稳定性、高安全性,不得不放弃性能,导致手机不论是芯 片还是操作系统处理能力都优于汽车座舱,因此借助手机的丰富功能映射到汽车中控, 以满足车主对娱乐的需求。由于容易
30、实现+成本较低,现阶段仍是车主的主流选择。 2.3. 2020 年全球汽车年全球汽车广义操作系统市场达广义操作系统市场达 200 亿美元亿美元 2020 年全球汽车年全球汽车广义操作系统广义操作系统市场规模达市场规模达 200 亿美元,未来五年亿美元,未来五年 CGAR+13.1%。 我们重点参照了 Mckinsey 分析数据,2020 年全球汽车广义操作系统(功能软件、狭义 操作系统、中间件)市场规模达 200 亿美元,到 2025 年达 370 亿美元,CGAR+13.1%; 到 2030 年达 500 亿美元,十年 CAGR+9%。 图图 4:2030 年全球汽车年全球汽车广义操作系统广
31、义操作系统市场达市场达 500 亿美元,亿美元,CAGR+9% 数据来源:Mckinsey Analysis,东吴证券研究所(注:本图的 SW 即为广义操作系统) 9 / 29 东吴证券研究所东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业深度报告 3. QNX、Linux、Android 为三大为三大主要主要底层底层 OS 汽车汽车 OS 由由基础基础软件软件程序程序-简单简单嵌入式嵌入式-复杂复杂 OS 不断升级。不断升级。早期嵌入式开发直接在 裸机上写程序,无 OS。随着软件越来越复杂,为了实现多任务执行,裸机程序不得不 引入中断,而使程序结构复杂难以阅读和维护,因此嵌入式