Автомобильная электроника: взяться за ПО или откатиться в прошлое

Все идет к тому, что автомобильная электроника будет определяться программным обеспечением.

С момента внедрения различных электромеханических и электронных компонентов, автомобили стали самыми сложным продуктами в серийном производстве за последние 50 лет. За это время электронные систем дополнили (и заменили) различные узлы и системы, и еще многое только предстоит сделать.

Все это значит, что рано или поздно автомобильные системы станут самыми сложными продуктами в производстве на рынке электроники (возможно, они уже значительно отличаются от всех прочих продуктов). Да, возможно компоненты для самолетов более сложны в плане деталей, а у суперкомпьютеров более сложная электроника, но их и не производят десятками миллионов каждый год.

Благодаря электронным системам, в автомобилях используется намого больше ПО – объем использования зависит от автомобиля. Существует множество статей, в которых утверждается, что в современных автомобилях используется более 100 миллионов строк кода. Я не видел подробного разбора, в котором объяснялось бы что входит в эти 100 миллионов – если такой существует, его данные могут быть очень полезны. Конечно, чем дальше будут развиваться системы ADAS, интернет автомобилей, технологии сетевого взаимодействия, кибербезопасность и системы беспилотной езды, тем больше в автомобилях будет использоваться программных компонентов.

Я не видел обсуждений автомобильного ПО в контексте стратегических решений, сегментов рынка ПО, ключевых технологий и других важных проблем. В этом тексте мы рассмотрим все эти вопросы, а также изучим перспективы рынка автомобильного ПО. Существуют значительные отличия между аппаратным и программным обеспечением в автомобилях, и именно эти отличия влияют на успех рынка автомобильного ПО.

За последние два десятилетия автомобильное ПО прошло большой путь. В 1990-х ПО в автомобилях использовалось только для управления встроенной электроникой в системах вождения и простых развлекательных устройствах. Со временем сложность этих систем значительно увеличивалась, но лишь в немногих (если такие вообще были) встроенных системах использовалось порядка миллиона строк кода. Автопроизводители и их поставщики справлялись с разработкой встроенных систем своими силами.

Все изменилось в 1990-х, когда информационно-развлекательные и навигационные системы получили множество функций и возможностей, требовавшие наличие полноценной ОС, которая позволяла бы справляться с сложностью ПО. Операционные системы вывели компании из области высоких технологий на автомобильный рынок (в список таких компаний входят QNX, Green Hills, Wind River, Microsoft и многие другие). За последнее время в автомобильной промышленности значительно выросла важность открытого ПО (такого, как Linux).

Концепция «Разработка-сборка-маркетинг-использование»

На приведенном ниже изображении представлены все различия между аппаратным и программным обеспечением в автомобилях. Впрочем, структура данного сравнения требует некоторых пояснений. На картинке представлены 4 фазы, через которые проходят все продукты и индустрии. Фаза разработки представляет собой процесс исследований и работы над созданием продукта. Фаза сборки подразумевает производство продукта – включая стоимость всех запчастей, затраты на производственные мощности и цепочку поставок. Третья фаза – это маркетинг. В эту фазу входят такие аспекты как реклама, продажи и работа с каналами распространения – все операции, необходимые для поставки продукта непосредственному покупателю. Четвертая фаза – использование – в автомобильной промышленности является достаточно длительной.

Я ознакомился с концепцией «разработка-сборка-маркетинг» в Texas Instruments, она была очень популярна в 70-х и 80-х годах. Когда я работал в IHS Markit, я добавил фазу использования. Я использовал различные идеи из этих фаз в отчетах и презентациях в качестве инструмента для анализа различных сегментов автомобильного рынка (включая ПО, батареи в электромобилях, 3D печать и многих других).

В приведенной ниже схеме сделан акцент на индивидуальной значимости каждого из четырех этапов для аппаратного и программного обеспечения. Также в ней приведены комментарии о том, как эти компоненты влияют на рыночные успех автомобиля на каждом из этапов.

Фазы работы над аппаратным обеспечением

В верхней части схемы представлены ключевые характеристики каждой из четырех фаз создания аппаратной части автомобиля. Фаза разработки определяет набор характеристик и свойств электронных систем, ее важность продолжает расти и по сей день. Большая часть аппаратных компонентов поставляется компаниями из индустрии производства чипов, и эта отрасль будет только развиваться. Экосистема аппаратных платформ, используемых в автомобильной электронике, также приобретает все большее значение. Стоимость первой фазы разработки аппаратуры оценивается в миллионах (или десятках миллионов) долларов, но поскольку объем производства составляет сотни тысяч единиц, стоимость в пересчете на один автомобиль невысока.

Фаза сборки – самая дорогая в этой цепочке. Причиной тому является стоимость всех компонентов аппаратуры (или ведомость материалов). Также необходимо учитывать стоимость управления цепочками поставок, стоимость человеческого труда и многие другие аспекты. В целом, затраты на аппаратуру составляют малую долю от общей стоимости автомобиля, но эта сумма растет даже с учетом снижения стоимости отдельных компонентов. Средняя стоимость всех компонентов электронных систем составляет от 3 до 8 тысяч долларов (верхняя граница относится к люксовым автомобилям).

Фаза маркетинга для аппаратного обеспечения варьируется в зависимости от компонентов и типа системы. В большинстве случаев, этой фазой занимается Tier-1 поставщик, в результате чего продукт становится полноценной системой с автомобильной электроникой.

Характеристики и возможности аппаратных компонентов также оказывают очень большое влияние на продажи автомобилей (и это влияние продолжает расти). Это влияние возникает за счет функциональности, которую и обеспечивают компоненты электронных систем. Возможности, над которыми сейчас ведется работа (равно как и возможности, которые появятся в будущем), относятся к системам ADAS, аппаратным средствам кибербезопасности, улучшаемым платформам и технологиям беспилотной езды.

Фаза использования продуктов автомобильного рынка, в среднем, длится от 10 до 15 лет, иногда немного дольше. Такой длительный срок службы требует высокой надежности оборудования, чтобы сократить расходы производителей на гарантийное обслуживание и отзывные кампании. В рамках фазы использования наибольшие возможности появляются у представителей рынка послепродажного обслуживания – особенно после того, как у компонентов заканчивается заводская гарантия. Значительное количество ДТП также создает для таких компаний бизнес-возможности, поскольку пострадавшим автомобилям необходимы новые аппаратные компоненты.

Фазы работы над программным обеспечением

В нижней части схемы представлены ключевые характеристики четырех фаз работы над автомобильным ПО. Программное обеспечение существует исключительно в цифровом виде, а потому его характеристики отличаются от характеристик аппаратной части. Впрочем, ПО, конечно, полностью зависит от связанных с ним аппаратных компонентов.

Фаза разработки – самая долгая и, как правило, самая дорогая стадия создания программного продукта. Крупные программные проекты требуют длительного времени разработки, которое, в том числе, уходит на сложные процедуры тестирования для исправления как можно большего количества ошибок (что абсолютно оправданно с экономической точки зрения). Ни одна крупная программная платформа никогда не обходится без ошибок, а новые ошибки обнаруживаются на протяжении всего срока службы программного обеспечения. Требования к кибербезопасности создали новый класс программных ошибок – уязвимости, которые могут эксплуатироваться злоумышленниками с различными целями. Поскольку большинство программистов в автомобильной промышленности не являются экспертами в области кибербезопасности, они не всегда знают как писать код так, чтобы он был полностью неуязвимым к атакам хакеров.

Фаза сборки автомобильного ПО выдвигает значительные требования к экосистеме – речь о необходимости написания новых программ и тестировании получившихся программных продуктов. Автомобильная индустрия добивается в этой сфере хороших успехов (некоторые ее представители также используют инструменты для разработки с открытым исходным кодом).

Фаза сборки также обычно является самой дешевой – это просто запуск готового ПО на имеющейся аппаратной платформе. Иногда производители сталкиваются с необходимостью выплачивать роялти, но обычно это лишь небольшая часть стоимости аппаратных компонентов. Фаза сборки, по сути, представляет собой загрузку программ в электронные системы автомобиля. Также существует некоторая гибкость в плане того, когда и как именно ПО загружается в электронные системы.

Фаза маркетинга в случае с ПО варьируется от сегмента использования и типа программного продукта. В большинстве случаев фазой маркетинга занимается Tier-1 поставщик, представляя программный продукт как часть электронных систем автомобиля.

Функциональные возможности ПО оказывают значительное влияние на продажи автомобилей. Во многом это влияние основано на удобстве использования или том, как ПО реализует человеко-машинный интерфейс (HMI). Удобство использования влияет на все области функциональности – функции интернета автомобилей, обновления по воздуху, функциональные обновления, системы ADAS и функции беспилотной езды, которые появятся в будущем. Низкий уровень удобства использования ПО приведет к негативным отзывам, что отрицательно скажется на потенциале конкретной модели. Подобные негативные тенденции являются проблемой для современных информационно-развлекательных систем и одной из причин недавних успехов Apple и Google в области интеграции информационно-развлекательных систем со смартфонами.

Фаза использования продуктов автопромышленности длится от 10 до 15 лет, в некоторых странах дольше. Столь длительный жизненный цикл приводит к тому, что автомобилям требуются многочисленные исправления ошибок в ПО. Снижение затрат на исправление ошибок, возникающее за счет возможности обновления по воздуху, необходимо для экономии на гарантийном обслуживании и отзывных кампаниях.

Фаза использования – этап, в котором рынок ПО может значительно развиваться и имеет большие перспективы для роста в сегментах SaaS (Software as a Service, ПО как услуга) и облачного ПО. Кибербезопасность на основе SaaS – это очень многообещающая возможность. Исправления ошибок, устанавливаемые по воздуху, и функциональные обновления уже сейчас представляются как основные возможности этапа использования продукта. Стоит отметить, что рынок информационно-развлекательного контента с использованием SaaS сейчас на подъеме. Также новые возможности могут возникать за счет случающихся ДТП, поскольку новые аппаратные системы будут нуждаться в установке нового ПО.

Заключение

Четыре этапа создания ПО показывают, что этап разработки является самым дорогостоящим. Эта концепция предполагает, что решение заключается в использовании программных платформ для снижения затрат на разработку и уменьшения количества ошибок в больших программных продуктах. Автомобильная промышленность начинает внедрять стратегию использования программных платформ, и представители рынка высоких технологий ей в этом помогают, но этого недостаточно.

Подписывайтесь на каналы:
@TeslaHackers — сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla
@AutomotiveRu — новости автоиндустрии, железо и психология вождения

---

Читать еще полезные статьи:

• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• [Прогноз] Транспорт будущего (краткосрочный, среднесрочный, долгосрочный горизонты)
• Лучшие материалы по взлому автомобилей с DEF CON 2018-2019 года
• [Прогноз] Motornet — сеть обмена данными для роботизированного транспорта
• Компании потратили 16 миллиардов долларов на беспилотные автомобили, чтобы захватить рынок в 8 триллионов
• Камеры или лазеры
• Автономные автомобили на open source
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive
• Очередная война операционок уже идет под капотом автомобилей
• Программный код в автомобиле
• В современном автомобиле строк кода больше чем…