【研報】汽車行業深度報告：軟件定義汽車操作系統是汽車之魂-20200805[29頁].pdf

1、證券研究報告行業研究汽車 汽車行業深度報告 1 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 軟件定義汽車，軟件定義汽車，操作系統操作系統是汽車之是汽車之魂魂 增持（維持） 投資要點投資要點 軟件定義汽車背景下，軟件定義汽車背景下，操作系統是汽車生態發展的靈魂操作系統是汽車生態發展的靈魂。在智能網聯汽 車產業大變革下，軟件定義汽車理念已成為共識。傳統汽車采用的分布 式 E/E 架構因計算能力不足、通訊帶寬不足、不便于軟件升級等瓶頸， 不能滿足現階段汽車發展的需求，E/E 架構升級已成為智能網聯汽車發 展的關鍵。E/E 架構升級包括硬件

2、、軟件、通信架構三大升級， （由下至 上） 芯片芯片+操作系統操作系統+中間件中間件+應用算法軟件應用算法軟件+數據構建核心技術閉環數據構建核心技術閉環， 汽 車操作系統是軟件定義汽車生態循環發展的靈魂。 狹義操作系統格局穩定，各家均打造個性化廣義操作系統。狹義操作系統格局穩定，各家均打造個性化廣義操作系統。狹義 OS 僅 包含內核（如 Linux、QNX） ，廣義廣義 OS 從下至上從下至上包括從包括從 BSP、操作系統操作系統 內核、 中間件內核、 中間件及庫組件等硬件和上層應用之間的所有程序。及庫組件等硬件和上層應用之間的所有程序。 汽車底層 OS 格局較為穩定，主要玩家為 QNX（Bl

3、ackberry） 、Linux(開源基金會） 、 Andorid（Google） 。汽車 OS 分為座艙域、自動駕域兩大類 OS。座艙域 OS 更加注重應用和開發者生態，因功能安全、信息安全較低，所以中 控和儀表的 APP 應用和接口發展較豐富， 國內多基于安卓/AliOS 開發， 國外多基于 Linux 開發。自動駕駛域 OS 更加注重高實時、安全性，由 于大部分車型仍未形成自動駕駛域，OS 發展仍較早期，布局來看多基 于 Linux/QNX 開發。參照 Mckinsey 數據，2020 年全球汽車廣義操作系 統市場規模達 200 億美元，到 2025 年達 370 億美元，CGAR+13

4、.1%。 科技互聯網聚焦于定制型科技互聯網聚焦于定制型 OS，大部分車企聚焦于，大部分車企聚焦于 ROM 型型。操作系統 的改造分為： 1） 基礎型） 基礎型 OS： 完全獨立研發的 OS 內核例如 Linux、 QNX 等，因成本花費過高或不會出現全新操作系統。2）定制型）定制型 OS：在基于 Linux、QNX 內核深度定制化開發，如修改內核、驅動、運行時環境、 應用程序框架等。例如 VW.OS、特斯拉 Version、Google 車載 Android、 華為鴻蒙 OS、AliOS 等。3）ROM 型型 OS：基于 Linux 或 Android 等進 行有限的定制化開發，不涉及內核更改

5、，一般只修改操作系統自帶的應 用程序等，如比亞迪 DiLink、奇瑞 GKUI、蔚來 NIO OS、小鵬 Xmart OS。而車機互聯本質上僅為手機投射到座艙中控 APP，并非 OS。 特斯拉特斯拉打造軟硬件一體的閉環模式打造軟硬件一體的閉環模式，其他玩家多為分工合作。，其他玩家多為分工合作。特斯拉構 建底層芯片-操作系統-核心算法-數據技術一體化閉環模式， 操作系統采 用類比蘋果的 iOS 系統，具有軟件模塊更精簡、系統更流暢、維護更簡 單等有點。第三方操作系統或將出現類安卓模式，操作系統足夠開源， 聯合芯片巨頭協同優化，中間件中間件/庫組件庫組件/算法軟件應用等由算法軟件應用等由 Tier

6、1/2 供供 應商應商一同一同提供提供。由于行業發展初期，第三方操作系統仍需不斷迭代，隨 著產品的逐漸成熟或將推動傳統汽車產業鏈智能化發展進程。 投資建議投資建議： 我們看好 “5G/AI 技術進步+特斯拉催化” 帶來的新一輪自動 駕駛行情。區別于 2015-2016 年，這輪行情四大不同點：1）軟件取代硬 件定義汽車，E/E 架構升級成為關鍵已是行業共識；2）用戶版 L3 級 ADAS 功能滲透率快速提升從而帶來單車價值量上升；3）AI 芯片決定 算法生態，是未來汽車產業鏈的基石，發展先行，三強多極格局初步形 成。4）操作系統決定軟件生態， 是未來汽車產業鏈的靈魂。廣義操作系 統中的BSP+

7、中間件+UI和應用軟件算法等仍需要由第三方供應商供應， 核心推薦核心推薦 2 條產業鏈：條產業鏈：1）BSP+中間件中間件+UI 供應商：通過供應商：通過深度綁定英偉深度綁定英偉 達達的的 【德賽西威】【德賽西威】 +華為汽車產業鏈華為汽車產業鏈 【華陽集團】 （智能座艙【華陽集團】 （智能座艙+自動駕駛） ，自動駕駛） ， 關注高通關注高通+華為產業鏈華為產業鏈【中科創達】 （【中科創達】 （BSP+中間件中間件） ；2）關注以核心）關注以核心軟軟 件算法件算法優勢的 【蔚來汽車優勢的 【蔚來汽車+理想汽車理想汽車+小鵬汽車小鵬汽車+威馬汽車】 ，威馬汽車】 ， 關注關注高精地高精地 圖圖

8、【四維圖新】【四維圖新】 ， 底盤電子 【伯特利底盤電子 【伯特利+科博達】科博達】 ,關注芯片關注芯片+算法 【地平線】算法 【地平線】 。 風險提示：風險提示：自動駕駛行業發展不及預期，法律法規限制自動駕駛發展 行業走勢行業走勢 相關研究相關研究 1、 汽車行業深度：軟件定義、 汽車行業深度：軟件定義 汽車，汽車，AI 芯片芯片是是生態之源生態之源 2020-06-23 2、 汽車行業深度：軟件定義、 汽車行業深度：軟件定義 汽車，汽車，E/E 架構是關鍵架構是關鍵2020- 05-29 3、 汽車行業深度：軟件定義、 汽車行業深度：軟件定義 汽車，汽車，ADAS 正加速正加速2020-0

9、5- 17 2020 年年 08 月月 05 日日 證券分析師證券分析師 黃細里黃細里 執業證號：S0600520010001 021-60199793 -9% 0% 9% 17% 26% 34% 2019-082019-122020-042020-08 汽車滬深300 2 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 行業深度報告 內容目錄內容目錄 1. 操作系統是軟件定義汽車生態發展的靈魂操作系統是軟件定義汽車生態發展的靈魂 . 4 2. 操作系統承上啟下，引領智能汽車發展操作系統承上啟下，引領智能汽車發展 . 6 2.1. 汽車

10、廣義 OS 包含系統和功能軟件兩大部分 . 6 2.2. 典型層次的汽車操作系統改造. 7 2.3. 2020 年全球汽車廣義操作系統市場達 200 億美元. 8 3. QNX、Linux、Android 為三大主要底層為三大主要底層 OS. 9 3.1. QNX：非開源&安全實時 . 10 3.2. Linux：開源&功能強大 . 11 3.3. Android：Linux 的發行版本 . 13 3.4. WinCE：逐步推出市場 . 13 4. 車企車企&互聯網互聯網&科技齊發布操科技齊發布操作系統作系統 . 14 4.1. 特斯拉率先打造 OS，樹立行業標桿 . 14 4.2. 大眾打造

11、 VW.OS 平臺，加快數字化轉型 . 15 4.3. Google 車載安卓入局，有望復制手機安卓之路 . 17 4.4. 華為鴻蒙面向全領域，打造獨立第三方平臺. 18 4.5. 百度 Apollo 深耕多年，靜待開花結果 . 20 4.6. 阿里 AliOS 以座艙切入，搶奪應用生態入口 . 22 4.7. 騰訊車聯 TAI 入局較晚，座艙生態優勢明顯 . 23 5. 借智能手機之石，攻智能汽車之玉借智能手機之石，攻智能汽車之玉 . 25 5.1. 開源路線的代表 Android . 25 5.2. 一體式閉環模式的代表 iOS . 26 5.3. 智能汽車 OS 的發展啟示 . 27

12、6. 受益標的受益標的 . 27 7. 風險提示風險提示 . 28 圖表目錄圖表目錄 圖 1：計算機系統結構. 4 圖 2：E/E 架構由分布式-域控制-中央集中式不斷升級 . 5 圖 3：車載智能計算平臺架構. 7 圖 4：2030 年全球汽車廣義操作系統市場達 500 億美元，CAGR+9% . 8 圖 5：各操作系統的主要區別. 9 圖 6：汽車座艙底層操作系統市場份額. 9 圖 7：QNX 系統軟件架構 . 10 圖 8：QNX 駕駛輔助系統平臺 . 11 圖 9：QNX 和汽車廣泛合作 . 11 圖 10：AGL 主要成員 . 12 圖 11：車企可根據需求整合 GENIVI 提供的

13、模塊 . 12 圖 12：GENIVI 用戶只需要調整少量的代碼 . 12 mNpQpPsNqPtRxPqPtPtMmPbRdN9PnPqQoMpPkPqQyQiNrRvM8OrQrOxNqMnQvPtOoR 3 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 行業深度報告 圖 13：GENIVI 主要成員 . 13 圖 14：特斯拉操作系統軟件架構. 14 圖 15：大眾 VW.OS 操作系統 . 16 圖 16：大眾集團汽車云戰略. 16 圖 17：大眾基于 VW.OS 實現軟硬件分離 . 17 圖 18：大眾 ODP 平臺. 17

14、 圖 19：Google 車載安卓操作系統 . 17 圖 20：Android Automative 架構. 18 圖 21：華為 VDC 智能電動平臺 . 19 圖 22：華為 MDC 智能駕駛平臺 . 19 圖 23：華為 VDC 智能電動平臺 . 19 圖 24：華為 CDC 智能座艙平臺 . 19 圖 25：華為智能駕駛 MDC 架構平臺 . 20 圖 26：百度 Apollo 發展歷程 . 21 圖 27：百度 Apollo 架構圖 . 21 圖 28：AliOS 發展歷程 . 22 圖 29：AliOS 系統架構圖 . 23 圖 30：騰訊車聯 TAI 發展歷程 . 23 圖 31

15、：手機操作系統歷年市占率情況. 25 表 1：特斯拉歷年重大 OTA 升級 . 15 表 2：Harmony OS 主要歷程 . 18 4 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 行業深度報告 1. 操作系統操作系統是軟件定義汽車生態發展的是軟件定義汽車生態發展的靈魂靈魂 在消費者視角下，智能網聯汽車快速發展在消費者視角下，智能網聯汽車快速發展。隨著智能汽車快速發展，智能座艙和 ADAS 功能均不斷升級，不論是傳感器數量、芯片算力還是單車價值均實現快速提升， 參照我們前期發布的軟件定義汽車，智能座艙先行和軟件定義汽車，軟件定義汽

16、車，智能座艙先行和軟件定義汽車，ADAS 正加正加 速速報告，重點梳理了座艙和 ADAS 升級路徑、上下游產業鏈的競爭格局以及根據我們 自建的樣本數據庫測算了市場規模。 智能座艙方面， 我國智能座艙市場規模將由 2020 年 的 567 億元提升至 2025 年的 1030 億元，CAGR 超過+15.2%；ADAS 方面，我國自動駕 駛市場規模將由 2020 年的 844 億元提升至 2025 年的 2250 億元，CAGR 超過+21.3%。 軟件定義汽車大趨勢下，芯片軟件定義汽車大趨勢下，芯片+操作系統操作系統+中間件中間件+應用算法軟件應用算法軟件+數據是實現智能數據是實現智能 汽車的

17、關鍵。汽車的關鍵。在智能網聯汽車產業大變革下，軟件定義汽車理念已成為共識。傳統汽車 采用的分布式電子電氣（E/E）架構因計算能力不足、通訊帶寬不足、不便于軟件 OTA 在線升級等瓶頸，不能滿足現階段汽車發展的需求，E/E 架構升級已成為智能網聯汽車 發展的關鍵。參照我們前期發布的軟件定義汽車，軟件定義汽車，E/E 架構是關鍵架構是關鍵 ，該文重點論述了 E/E 架構升級包括硬件、軟件、通信架構三大升級，芯片芯片+操作系統操作系統+中間件中間件+應用算法應用算法 軟件軟件+數據構建核心技術閉環數據構建核心技術閉環， 未來誰能把握其中一環， 未來誰能把握其中一環或或將實現汽車產業鏈地位的提升。將實

18、現汽車產業鏈地位的提升。 圖圖 1：計算機系統結構計算機系統結構 數據來源：東吳證券研究所繪制 傳統車企操作系統將有獨立的多個操作系統傳統車企操作系統將有獨立的多個操作系統/系統程序系統程序向少數向少數/一個操作系統發展一個操作系統發展。 參照我們前期發布的軟件定義汽車，軟件定義汽車，AI 芯片芯片是是生態之源生態之源 ，該文論述了隨著汽車 E/E 架構硬件由分布式向域控制-中央集中式不斷升級，域控制器的重要性凸顯，而 AI 芯片 則是自動駕駛域控制器/中央計算平臺的核心。座艙域的 AI 芯片玩家主要為高通、英特 爾、華為（麒麟）和瑞薩等，要求 AI 算力較小，安全等級較低，而自動駕駛域在 A

19、I 算 5 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 行業深度報告 力和功能安全均遠高于座艙芯片，因此 AI 芯片玩家主要為特斯拉（自研） 、Mobileye、 英偉達、華為和地平線等。傳統汽車因不同域之間要求的實時性、安全性、通信帶寬不 盡相同，傳統汽車主機廠/Tier 1 級供應商無法一步到位，因此多為跨域融合方案（即 3 個域或 5 個域等） 。因此因此，隨著域的逐漸形成隨著域的逐漸形成，域操域操作系統作系統將逐漸形成，將逐漸形成，本文本文將將重點論重點論 述汽車操作系統是述汽車操作系統是實現實現軟件定義汽車的靈魂軟件定義汽

20、車的靈魂。 圖圖 2：E/E 架構由分布式架構由分布式-域域控制控制-中央集中式不斷升級中央集中式不斷升級 數據來源：地平線，東吳證券研究所 6 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 行業深度報告 2. 操作系統操作系統承上啟下，引領智能汽車發展承上啟下，引領智能汽車發展 操作系統(Operating System, OS)是指控制和管理整個計算系統的硬件和軟件資源， 并合理地組織調度計算機的工作和資源， 以提供給用戶和其他軟件方便的接口和環境的 程序集合。智能設備發展到一定程度后一般都需要專門的 OS，例如 PC 機對應的微

21、軟 Windows 系統，智能手機對應的 Google Android 系統和蘋果 iOS 系統。在軟件定義汽車 的大趨勢下，汽車 OS 是傳統汽車實現智能汽車升級的關鍵。汽車操作系統是從傳統汽 車電子基礎軟件不斷演變而來，傳統汽車電子產品可分為兩類：傳統汽車電子產品可分為兩類： 1）汽車電子控制裝置汽車電子控制裝置：通過直接向執行機構（如電子閥門、繼電器開關、執行馬達 等）發送指令，以控制發動機、變速箱、動力電池等協同工作的系統，一般統稱為 ECU （電子控制單元） 。 常見的 ECU 包括發動機電控系統 EMS、 自動變速箱控制單元 TCU、 車身電子穩定系統 ESP、電池管理系統 BMS

22、 等。該類系統涉及安全、行駛性能。 2）車載電子設備車載電子設備：如儀表、中控、抬頭顯示（HUD） 、流媒體后視鏡等。這類系統 常與用戶體驗相關， 不直接參與汽車行駛的控制決策， 對車輛行駛性能和安全影響較小。 未來未來汽車汽車操作系統操作系統將將主要分為自動駕駛主要分為自動駕駛 OS 和智能座艙和智能座艙 OS 兩大類兩大類。不同車企/Tier 1 根據自身的規劃，對域劃分個數不盡相同，如博世分為 5 個域（動力域、底盤域、座 艙域、 自動駕駛域、 車身域） ， 大眾 MEB 平臺車型為 3 個域 （自動駕駛域、 智能座艙域、 車身控制域） ，華為同樣也為 3 個域（自動駕駛域、智能座艙域、

23、整車控制域） 。雖然有 多個域，一般主要分為注重開放、兼容性、生態的智能座艙域操作系統和注重實時、安 全、穩定的自動駕駛域操作系統兩大類型。 2.1. 汽車廣義汽車廣義 OS 包含包含系統和功能軟件兩大部分系統和功能軟件兩大部分 狹義的操作系統僅包含系統內核 Kernel 部分， 是系統軟件其中的一部分， 而廣義的 操作系統則包含系統軟件和功能軟件。 車載智能計算平臺自下而上可大致劃分為硬件平車載智能計算平臺自下而上可大致劃分為硬件平 臺、系統軟件臺、系統軟件（硬件抽象層（硬件抽象層+OS 內核內核+中間件）中間件） 、功能軟件、功能軟件（庫組件（庫組件+中間件）中間件）和應用算和應用算 法軟

24、件等四個部分。法軟件等四個部分。 1）硬件平臺硬件平臺：基于異構分布式硬件架構包括 AI 單元、計算控制單元，應支持芯片 選型靈活、可配置拓展、算力可堆砌等優點。 2）系統軟件系統軟件：是針對汽車場景定制的復雜大規模嵌入式系統運行環境，主要包含 三層：a）硬件抽象層：硬件抽象層：包括 BSP（板卡支持包） 、Hypervisor（硬件虛擬化技術，提供虛 擬平臺支持多操作系統）等。BSP 包括了 Bootloader（以基礎支持代碼來加載操作系統 的引導程序） 、HAL（硬件抽象層）代碼、驅動程序、配置文檔等，是內核與硬件之間的 接口層，目的是為操作系統提供虛擬硬件平臺，使其具有硬件無關性，可以

25、在多平臺上 移植。b）操作系統內核操作系統內核（Kernel） ：即為狹義操作系統：即為狹義操作系統，如 OSEK OS、VxWorks、RT- Linux 等。內核提供操作系統最基本的功能，負責管理系統的進程、內存、設備驅動程 7 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 行業深度報告 序、文件和網絡系統，決定著系統的性能和穩定性。c）中間件：中間件：處于應用和操作系統之 間的軟件，實現異構網絡環境下軟件互聯和互操作等共性問題，提供標準接口、協議， 具有較高的移植性，如 POSIX/ARA（自適應 AutoSAR 運行時環境即中

26、間件 API 接口） 和 DDS（分布式實時通信中間件）等。 3）功能軟件功能軟件：包含自動駕駛的核心共性功能模塊，如相關算法的編程框架（如 TensorFlow、 Caffe、 PaddlePaddle 等） 。 核心共性功能模塊包括自動駕駛通用框架、 網聯、 云控等，結合系統軟件，共同構成完整的自動駕駛操作系統，支撐自動駕駛技術實現。 4）應用算法軟件：應用算法軟件：即為實現具體自動駕駛功能、HMI 交互等算法軟件。 圖圖 3：車載：車載智能智能計算平臺架構計算平臺架構 數據來源：中國軟件評測中心，東吳證券研究所繪制 2.2. 典型典型層次層次的的汽車汽車操作系統操作系統改造改造 汽車操作

27、系統按照對底層操作系統改造程度的不同，主要可以分為以下汽車操作系統按照對底層操作系統改造程度的不同，主要可以分為以下幾幾種：種： 1）基礎型基礎型操作系統操作系統：打造全新底層操作系統和所有系統組件， 如系統內核、底層驅 動等，有的還包括虛擬機，如 QNX、Linux、WinCE 等。因打造全新操作系統需要花費 太大的人力、物力，目前基本沒有企業會全新開發底層操作系統。 2）定制型操作系統）定制型操作系統：在基礎型操作系統之上進行深度定制化開發， 如修改內核、硬 件驅動、 運行時環境、 應用程序框架等。 典型代表如大眾 VW.OS、 特斯拉 Version、 Google 車載 Android

28、、華為鴻蒙 OS、AliOS 等，它們已經屬于自主研發的獨立操作系統。 3）ROM 型汽車操作系統型汽車操作系統：基于 Linux 或安卓等基礎型操作系統進行有限的定制化 8 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 行業深度報告 開發，不涉及系統內核更改，一般只修改更新操作系統自帶的應用程序等。大部分的主 機廠一般都選擇開發 ROM 型操作系統，國外主機廠多選用 Linux 作為底層操作系統， 由于國內 Android 應用生態更好，國內自主品牌和造車新勢力大多基于 Android 定制汽 車操作系統，例如比亞迪 DiLink、

29、奇瑞 GKUI、蔚來 NIO OS、小鵬 Xmart OS 等。 超級汽車超級汽車 APP （又（又稱稱車機互聯車機互聯或或手機映射系統）手機映射系統） ， 不是完整意義的不是完整意義的汽車汽車 OS，指簡單 地把手機屏幕內容映射到車載中控，通過整合地圖、音樂、社交等功能為一體來滿足車 主需求的 APP，如蘋果 CarPlay、谷歌 Android Auto、百度 CarLife、華為 Hicar 等。主要 系由于汽車座艙為保證系統的穩定性、高安全性，不得不放棄性能，導致手機不論是芯 片還是操作系統處理能力都優于汽車座艙，因此借助手機的豐富功能映射到汽車中控， 以滿足車主對娛樂的需求。由于容易

30、實現+成本較低，現階段仍是車主的主流選擇。 2.3. 2020 年全球汽車年全球汽車廣義操作系統市場達廣義操作系統市場達 200 億美元億美元 2020 年全球汽車年全球汽車廣義操作系統廣義操作系統市場規模達市場規模達 200 億美元，未來五年億美元，未來五年 CGAR+13.1%。 我們重點參照了 Mckinsey 分析數據，2020 年全球汽車廣義操作系統（功能軟件、狹義 操作系統、中間件）市場規模達 200 億美元，到 2025 年達 370 億美元，CGAR+13.1%； 到 2030 年達 500 億美元，十年 CAGR+9%。 圖圖 4：2030 年全球汽車年全球汽車廣義操作系統廣

31、義操作系統市場達市場達 500 億美元，億美元，CAGR+9% 數據來源：Mckinsey Analysis，東吳證券研究所（注：本圖的 SW 即為廣義操作系統） 9 / 29 東吳證券研究所東吳證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 行業深度報告 3. QNX、Linux、Android 為三大為三大主要主要底層底層 OS 汽車汽車 OS 由由基礎基礎軟件軟件程序程序-簡單簡單嵌入式嵌入式-復雜復雜 OS 不斷升級。不斷升級。早期嵌入式開發直接在 裸機上寫程序，無 OS。隨著軟件越來越復雜，為了實現多任務執行，裸機程序不得不 引入中斷，而使程序結構復雜難以閱讀和維護，因此嵌入式