在汽車產(chǎn)業(yè)加速變革的當(dāng)下，軟件與電子系統(tǒng)深度融合，正重塑汽車行業(yè)的發(fā)展格局。從智能駕駛輔助系統(tǒng)的迭代，到車載互聯(lián)功能的拓展，軟件定義汽車的趨勢愈發(fā)顯著，這既為行業(yè)帶來了無限創(chuàng)新機遇，也讓車企面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

近日，新思科技中國區(qū)電子系統(tǒng)數(shù)字孿生總監(jiān)潘小偉先生應(yīng)邀參加Open House China 2025暨IPG中國十周年慶典，發(fā)表了《電子數(shù)字孿生：軟件定義系統(tǒng)高效開發(fā)及驗證的未來》的主旨演講，與全球汽車行業(yè)的專家、合作伙伴及客戶，共同探討虛擬開發(fā)技術(shù)的前沿趨勢。潘小偉講解了數(shù)字孿生技術(shù)在汽車電子系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用，展示了如何通過虛擬ECU（VECU）在不同抽象層次上執(zhí)行生產(chǎn)代碼，從而在早期開發(fā)階段實現(xiàn)多樣化的測試。數(shù)字孿生技術(shù)將大幅提升開發(fā)效率，同時確保最高的安全和質(zhì)量標準。

智能汽車的全方位賦能者

汽車上有很多ECU單元，這些單元實際上是由芯片組成，芯片ECU上運行著自駕系統(tǒng)、座艙系統(tǒng)、域控系統(tǒng)等軟件，共同構(gòu)成汽車的電子電氣架構(gòu)。新思科技致力于幫助系統(tǒng)公司設(shè)計芯片，提供從芯片到系統(tǒng)的完整解決方案。芯片由更小的IP/Block組成，比如手機的USB接口、電腦的PCIe、HDMI接口等，這些IP有90%的可能性來自新思科技。有了這些IP模塊，再結(jié)合如ARM這樣的處理器，就能構(gòu)建芯片架構(gòu)，這一過程需要借助EDA軟件工具去設(shè)計。

新思科技作為全球最大的EDA公司，構(gòu)建好芯片架構(gòu)后，還需與芯片生產(chǎn)制造商合作，提供版圖信息進行流片。流片完成后，產(chǎn)品可提供給下游的Tier 1 OEM用于實現(xiàn)ECU板卡。同時，新思科技也提供數(shù)字孿生系統(tǒng)，幫助汽車產(chǎn)業(yè)基于虛擬方式更好更快地進行軟件的開發(fā)、系統(tǒng)的集成。

新思科技成立37年，進入中國剛好30周年。作為全球第12大軟件公司，我們在全球擁有2萬名員工，其中中國大陸約2000多人，去年營收約60億美金。潘小偉認為，我們所處的時代十分幸運，過去20年，摩爾定律推動芯片行業(yè)發(fā)展，算力實現(xiàn)了百萬級別的提升，芯片在生活中無處不在。過去10年，人工智能的興起進一步推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，軟件定義系統(tǒng)也越來越普及。隨著芯片與系統(tǒng)的發(fā)展及融合，整個產(chǎn)業(yè)在新產(chǎn)品設(shè)計和提供方面需要做出巨大變革。為此，新思科技CEO Sassine(蓋思新)在今年3月SNUG上提出“重構(gòu)工程設(shè)計，引領(lǐng)科技創(chuàng)新”（Re-engineering Engineering）理念，未來產(chǎn)品設(shè)計所需的工具必須進行創(chuàng)新變革以適應(yīng)新的變化。

如今，芯片到系統(tǒng)的變革在各行各業(yè)發(fā)生。最左側(cè)的芯片其實可分為兩類，一類是如功率器件，另一類是像MCU/SOC/MPU等帶有軟件的邏輯芯片。芯片算力不斷增強，其承載的功能更多通過軟件系統(tǒng)呈現(xiàn)，芯片公司不再僅僅提供芯片，還需提供成熟軟件，實際上某種程度上已成為一個小型系統(tǒng)。對于系統(tǒng)公司而言，以往設(shè)計產(chǎn)品注重電氣或機械特性，現(xiàn)在為實現(xiàn)更多功能，需要更多算力芯片，逐漸開始自行設(shè)計或控制相關(guān)系統(tǒng)、芯片及承載的軟件，這在汽車、航空航天和工業(yè)制造領(lǐng)域表現(xiàn)得尤為明顯。

軟件定義汽車帶來的多重挑戰(zhàn)

以汽車行業(yè)為例，國內(nèi)新勢力車企已開始自主造芯片并進行垂直整合，為自身帶來差異化競爭優(yōu)勢。但這一行業(yè)的新變化也帶來了諸多挑戰(zhàn)，比如開發(fā)節(jié)奏快、成本控制難、質(zhì)量保障要求高。近年來，汽車行業(yè)競爭激烈，電子系統(tǒng)在汽車中的占比和成本不斷增加，軟件代碼量也大幅增長，如今一輛車可能有1.4億行代碼，預(yù)計到2030年將增至3億行，這些代碼都需要經(jīng)過嚴格的測試驗證才能交付給消費者。同時，因軟件和電子系統(tǒng)問題導(dǎo)致的召回事件也在增多。今年，國家對OTA的監(jiān)管愈發(fā)嚴格，要求企業(yè)必須備案，這就要求車企在首次交付產(chǎn)品時軟件質(zhì)量就要達標，OTA應(yīng)更多地用于增加新功能而非修復(fù)漏洞。此外，國外主機廠設(shè)計一款新車通常需要六到七年，而國內(nèi)部分主機廠僅需兩年甚至18個月，如何在如此短的時間內(nèi)完成產(chǎn)品迭代，同時保證創(chuàng)新，成為汽車行業(yè)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，而這些挑戰(zhàn)的核心就在于軟件及軟硬件系統(tǒng)集成方面。

軟件變得越來越復(fù)雜，同一車型可能因軟件配置不同衍生出多種款型，但實際上最終可能它的硬件幾乎是一樣，實際上背后的不一樣的地方是軟件不同configuration來實現(xiàn)這樣差異化的產(chǎn)品，另外HiL臺架的測試和可用性也受到限制。車企在不斷擴充軟件團隊，向軟件工廠轉(zhuǎn)型，如何提升軟件集成和開發(fā)的效率，以及在漫長的汽車產(chǎn)業(yè)鏈中降低對供應(yīng)商的依賴、提高協(xié)作效率，都至關(guān)重要。

電子數(shù)字孿生驅(qū)動智能汽車創(chuàng)新升級

數(shù)字孿生技術(shù)正是應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的有效方法。在各行各業(yè)，數(shù)字孿生都有廣泛應(yīng)用，比如英偉達的數(shù)字地球，可用于天氣預(yù)報、極端天氣分析、能源生產(chǎn)預(yù)測、碳排放預(yù)測等。在汽車行業(yè)，數(shù)字孿生也并不陌生，像IPG的Carmaker對道路自動駕駛的仿真、ANSYS對汽車物理機械等方面的仿真，還有利用AR/VR構(gòu)建虛擬汽車內(nèi)飾空間進行數(shù)字化設(shè)計等。然而，過去十年，車載ECU的開發(fā)缺少數(shù)字化仿真環(huán)境，而這正是新思科技全力推進的方向。

潘小偉表示，新思科技的愿景和已經(jīng)在客戶中實現(xiàn)的成果是對整車的ECU進行虛擬化仿真，涵蓋域控、中央計算、智駕部分，以及電源管理芯片、IC Driver等，還包括ECU之間通過以太網(wǎng)、CAN總線等的互聯(lián)。這種仿真可在主機或云服務(wù)器上運行，結(jié)合車輛動力學(xué)模型、電池、電機、傳感器以及自動駕駛仿真場景，構(gòu)建出多領(lǐng)域數(shù)字孿生系統(tǒng)，實現(xiàn)真正的全數(shù)字孿生。

對于整車的電子電氣架構(gòu)集成來說，其鏈路很長，軟件從單元到組件再到整個棧的垂直整合，硬件從單個ECU到域級別再到多域級別架構(gòu)，涉及眾多供應(yīng)商和不同團隊。以往常出現(xiàn)車已基本完成，但因軟件問題無法按時上市的情況，這給車企帶來了巨大挑戰(zhàn)。所以，車企希望能提前進行軟件棧和系統(tǒng)的垂直整合，延長集成測試周期，加快產(chǎn)品上市時間（SOP）?；跀?shù)字孿生系統(tǒng)或虛擬ECU，還能加速OTA驗證和更新。

虛擬ECU融入當(dāng)前開發(fā)流程，主要是針對軟件的不同層次提供不同抽象級別，實現(xiàn)從單元級測試到系統(tǒng)級測試的全覆蓋。我們對虛擬ECU進行了分級，從level 0到實物HiL測試，新思科技重點關(guān)注level 1到level 4這部分。level 1可理解為應(yīng)用軟件層，以AutoSAR架構(gòu)為例，我們提供底層RTE環(huán)境用于軟件測試；level 3則是將ASW、RTE和BSW集成測試，虛擬ECU提供底層的MCAL和OS。level 1到level 3的測試基于host compile方式，在X86電腦上運行。level 4是對實際ECU的完全虛擬化，又分為level 4b和level 4a。level 4b使用與HiL測試相同的二進制代碼；對于大算力SOC，為避免模擬GPU消耗過多資源，采用level 4A的bypass方式，將上層庫放到主機的GPU卡上加速計算，對上層應(yīng)用而言，僅需替換底層GPU驅(qū)動即可。新思科技專注于level 1到level 4的虛擬ECU仿真，助力客戶進行不同軟件棧的開發(fā)和系統(tǒng)集成。

新思科技的電子數(shù)字孿生系統(tǒng)分為兩部分，backend是相關(guān)仿真引擎，負責(zé)level 1到level 4的虛擬化仿真；frontend是用戶交互界面和協(xié)作環(huán)境，方便開發(fā)者、測試者和供應(yīng)商協(xié)作。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)單個ECU的虛擬仿真，還能構(gòu)建多ECU虛擬仿真，通過虛擬總線互聯(lián)，甚至能與實物、芯片實物模擬仿真相結(jié)合，同時也可與道路環(huán)境仿真工具（如IPG的CarMaker）集成，構(gòu)建多領(lǐng)域數(shù)字孿生系統(tǒng)，進行全車集成測試。此外，我們還能根據(jù)測試需求生成測試用例和報告。

潘小偉也分享了一些案例。比如奔馳在去年的新思科技Virtual Prototyping Day上展示了基于SiL的測試，今年9月在慕尼黑還會舉辦類似活動。奔馳實現(xiàn)了SiL測試、HiL臺架測試和實車測試共用一套測試用例，形成了一個閉環(huán)測試環(huán)境，前期SiL測試結(jié)果可與HiL和實車測試結(jié)果比對，實車測試數(shù)據(jù)又能反饋到SiL測試中，使仿真更精準，關(guān)鍵問題能在SiL仿真中提前發(fā)現(xiàn)并解決。不同的虛擬化仿真策略可支持不同軟件棧同時進行開發(fā)、集成和測試，無論是上層應(yīng)用層軟件還是全棧軟件開發(fā)，都能滿足需求，助力主機廠構(gòu)建軟件工廠，實現(xiàn)CICD DevOps和測試自動化，大幅提升效率。雖然虛擬化測試無法取代HiL測試，但能讓測試、集成和開發(fā)環(huán)節(jié)提前，降低開發(fā)測試周期，提升軟件開發(fā)效率，降低成本。同時，虛擬仿真還可進行特殊場景測試和故障注入，不會損壞實物，能提高測試覆蓋率，降低召回風(fēng)險。

此外，奔馳AMG的案例也充分體現(xiàn)了SiL測試的優(yōu)勢。通過應(yīng)用CI/CT和自動化部署，原本需要29天的測試縮短到6天，他們的下一階段目標是進一步將測試時間縮短至3天左右。

IPG與新思科技合作的案例場景中（如圖2），左上角是CarMaker用于仿真道路車輛動力學(xué)模型，左下角是兩個分別負責(zé)輔助駕駛ACC場景和AEB場景的ECU，它們生成FMU并集成到CarMaker中，通過Digital Twin的Fabric實現(xiàn)通信。右下角是TPT測試工具，用于導(dǎo)入需求生成測試用例和報告，右上角是Dashboard。在這個場景中，當(dāng)ACC車行駛中遇到前車時出現(xiàn)了異常情況，TPT測試報告顯示有一個Fail的Case，即駕駛員踩剎車后ACC未退出，反而被AEB直接剎停，這一仿真不僅能報告問題，還便于復(fù)現(xiàn)和調(diào)試，能高效解決問題。

攜手共筑汽車產(chǎn)業(yè)新未來

汽車行業(yè)的發(fā)展離不開生態(tài)伙伴的支持，新思科技與汽車行業(yè)的各種工具鏈相結(jié)合，構(gòu)建了完整的數(shù)字孿生系統(tǒng)。IPG是我們長期的合作伙伴，共同構(gòu)建了自動駕駛測試場景和環(huán)境。上個月，我們還與Vector達成戰(zhàn)略合作，共同推動開源庫SIL Kit的發(fā)展，在多域ECU聯(lián)合仿真和對外連接調(diào)試方面提供更高效的方案。

潘小偉還表示，從去年開始，“新質(zhì)生產(chǎn)力”成為熱門概念并且國家把“發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”納入經(jīng)濟工作重點，電子數(shù)字孿生技術(shù)對于中國汽車產(chǎn)業(yè)而言，是關(guān)鍵的新質(zhì)生產(chǎn)力，它能夠助力中國汽車產(chǎn)業(yè)走向全球，提升國際競爭力。通過新思科技與IPG等合作伙伴的共同努力，構(gòu)建的電子ECU孿生系統(tǒng)和多域數(shù)字孿生系統(tǒng)，能幫助車企降低開發(fā)測試成本，加速產(chǎn)品上市進程。