罗兰贝格: 汽车电子革命:四大核心技术趋势

引言

当前,百年汽车产业与出行行业正经历着前所未有的变革。面对消费者根本需求的改变,恰逢全球政经与贸易环境迅速变化的窗口期,加之疫情的影响,给原本就尚未完全清晰的技术路线蒙上了一层厚厚的纱布。谁都不可否认数字化和数据给汽车产业带来的价值增量,但在日渐复杂的大环境下谁也无法确定赢家是谁。

罗兰贝格对整个汽车行业革命已持续关注多年,一路见证了技术、价值链和企业的变革。与此同时,我们持续与行业参与者深度交流合作,总结出汽车行业变革的独立判断与思考。

新四化(M.A.D.E)对汽车电子的影响
近年来,汽车新四化(罗兰贝格称之为”M.A.D.E”,即M-Mobility移动出行,A-Autonomous driving自动驾驶,D-Digitalization数字化,E-Electrification电气化)的发展在全球和中国层面均已形成了鲜明的差异化发展特征,并在各自的技术和商业赛道中以不同的速度“奔跑”。相对于电气化这一涉及到整个汽车产业乃至能源结构变革的趋势,自动驾驶与数字化/智能网联在相辅相成发展的同时也在短期内体现出了不同的商业价值。而共享出行目前依然处于一个资本、需求、政策共同主导的发展阶段,技术创新(尤其是数字化、定制化和自动驾驶)带来的行业变革有望在“下半场”开启;长期来看,出行服务是终局的体现,也是终端消费者的第一触点,而自动驾驶、数字化和电气化则成为关键使能技术。

这些关键使能技术将带来整车电子电气相关价值的大幅提升。我们预测,汽车电子电气相关的BOM价值(不含电池与电机),将从2019年的~3,145美元(豪华品牌 L1级别ADAS汽油车)提升至2025年的~7,030美元(豪华品牌L3级别自动驾驶纯电车)。

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电子电气架构改变带来的硬件与软件的价值提升(~510美元)将明显高于纯IVI系统和Connectivity系统(~230美元)。其中,座舱域控制器及基础软件(如OS)将成为未来五年的价值高地。

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E/E革命的四大核心技术趋势
总体而言,技术革新将带来价值链、竞合关系及商业模式的重塑。
1
重新定义电子电气架构——“下一步”是规模化
电子电气架构(EEA)的发展整体会经历三大阶段——分布式架构(distributed)、基于域的集中式架构(DCU based centralized)和基于域融合的带状架构(DCU fusion basedzonal)。

目前,行业内没有统一的架构设置标准,却有相似的划分原则。由于采用渐进式改革,大部分传统车企(尤其是豪华品牌)短期内会定义出3-5个域,包括底盘与动力总成、ADAS与安全、影音娱乐、车身和互联互通;其中,ADAS与IVI会通过以太网与中央网关相连接,以保证数据传输的低延迟与大流量。不管是特斯拉还是传统车企,领先者都不会局限于第二阶段的DCU架构,因为它只能带来短期的降本与功能创新,若要实现长期的全球经济性,就必须实现新架构平台的规模化,从软件入手。

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2
 软件革命——功能独立,基础软件平台创造新机遇

传统车企的架构及其背后的研发体系、流程和观念已经无法应对复杂的软件集成需求,且车企正在陷入一个“不断救火”的恶性循环。软件能力的缺失与日益复杂的软件集成,使大量技术、资金与时间投身于查漏补缺,而不得不忽视或推延原有的研发重点;同时,由于资源限制,对供应商的选择与评估标准也更倾向于“快交付”与“低价位”,进一步导致质量缺失和大量返工。

因此,必须将功能独立出来,架构需从“信号导向”(signal oriented)转变为“服务导向”(service oriented architecture, SOA)。SOA是一种架构类型或指导思想,实现端到端的架构(E2E architecture)。车企可以使用基础软件平台串联传统ECU功能、独立的智能网联服务、云端的服务、智慧交通体系内的服务以及其他终端设备,提高功能之间的沟通效率并降低成本。含了抽象软件层和基础服务层(包括OS、车内网络、诊断等固件)在内的基础软件平台解决方案将成为车企需要把握的价值高地,也将成为供应商的全新产品机遇。这些机遇不但包括软件平台本身以及端到端应用软件的提供,也包括相关的服务提供,如云服务、OTA服务等。

此外,面对车载软件庞大且仍在增加的软件代码量,汽车行业玩家开始借鉴ICT行业的”软件工厂”理念。软件工厂需为开发者提供可行的软件框架、配套的开发指令、预设的程序模板、可复用的代码以及伴随开发进程可以连续测试的环境。在此基础上,当软件工厂收到一项开发需求时,开发者能够根据工厂现有能力拆解需求模块,并将其分配至各个“产品线”,每个产品线再根据新需求识别可以复用和需要新开发的部分,判断开发工作所需资源,最后部署开发、测试工具并完成任务。相比于传统的“手工”开发模式,软件工厂可以提升软件产品的一致性、品质和开发效率,提前识别开发工作量,前置风险,使整个开发和部署流程更可预测,大大提升了车企对软件工作的资源配置和进程管控能力。

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3
 计算芯片——短期分化与长期融合

短期内,自动驾驶高性能芯片和座舱主控芯片分别演进。究其原因,座舱应用场景和芯片性能要求已相对明晰,并且消费电子级芯片可满足座舱现有场景需求,消费电子芯片玩家可以利用规模优势实现低成本商业化开发;相反,自动驾驶技术路线尚不成熟,其人工智能算法所要求的芯片性能远高于目前消费电子芯片的能力,因而玩家在自身技术路线选择下进行高成本、小规模开发应用。预计2030年以后,随着自动驾驶技术路线的逐渐成熟,高性能芯片进入标准化、规模化生产阶段,其与座舱主控芯片进一步向中央计算芯片融合,从而通过集成进一步提升运算效率并降低成本,但由于自动驾驶和座舱安全要求不同,满足安全要求将成为融合的前提。

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4
 功率半导体——动力总成电气化带来原材料多样子化

目前电动车应用的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)一般以硅(Si)为主要材料,而碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等下一代宽禁带半导体材料更能满足高电压、高开关频率和低损耗要求,因此更符合未来电动车快速充电和续航提升等要求。其中,SiC技术相对成熟,已应用于特斯拉Model 3;而GaN在技术上尚未成熟。电动车发展是驱动高功率Si和SiC市场发展的主要因素。Si作为半导体主流技术,低成本方案已经成熟,并可通过技术提升提高其高功率应用性能。而SiC-IGBT在规模化应用道路上仍面临众多挑战,成为车企、全球领先供应商和半导体供应商面临的痛点。综合技术与成本考量,预计未来可能形成Si与SiC方案共存竞争的格局。

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汽车行业的流动性与盈利性本身就会受到宏观环境的直接影响,加上此轮技术革命却又恰好处于这个高度不确定性的窗口,使得情况变得愈加复杂。此外,新技术趋势下的全球采购格局也将可能发生变化。由于目前仍未存在已被证明可以全球通用的成功的底层架构方案(包括电子架构和软件架构),传统汽车行业惯用的“一套技术方案”+“本地化采购”的方式可能不再适用。另一方面,数字化使知识产权控制与管理以及数据拥有、储存与应用在世界各国间变得异常敏感。

这些因素都会让车企在技术合作伙伴的选择及供应商定点方面产生巨大的决策不确定性。谁能帮助全球话语权更强的车企巨头解决架构和软件难题的同时规避政治风险,谁就有可能获得汽车行业下一个五十年的先发优势。

原文始发于微信公众号(罗兰贝格管理咨询):报告解读 | 汽车电子革命系列白皮书 第一期:四大核心技术趋势

 

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