证券研究报告·行业研究· 汽车 汽车 行业 深度 报告 1 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Main 软件定义汽车， E/E架构 是关键 增持 （ 维持 ） 投资要点 E/E架构是智能网联汽车发展的 关键 在智能网联汽车产业大变革背景下，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架构具体如何升级？有何好处？ 汽车 E/E 架构升级主要体现在： 1）硬件架构升级。 升级路径表现 为分布式 （ 模块化 集成化 ）、 域集中 （ 域控制集中 跨域融合 ）、 中央集中式 （ 车载电脑 车 -云计算 ） 。 好处在于 ： 提升算力利用率 ， 减少算力设计总需求 ； 数据统一交互，实现整车功能协同 ； 缩短线束，降低故障率，减轻质量 。 2）软件架构升级。 通过 AutoSAR等软件架构 提供标准的接口定义， 模块化设计， 促使软硬件解耦分层，实现软硬件设计分离；Classic AutoSAR 架构逐步向 Classic AutoSAR 和 Adaptive AutoSAR 混合式架构。 好处在于：可实现软件 /固件 OTA 升级、软件架构的软实时、操作系统可移植； 采 集数据信息多功能应用，有效减少硬件需求量，真正实现软件定义汽车 。 3）通信架构升级。 车载网络骨干 由 LIN/CAN总线向以太网方向发展 。 好处在于： 满足高速传输、高通量、低延迟等性能需求 ，同时也可减少安装、测试成本 。 特斯拉 E/E架构升级情况如何？ 特斯拉 E/E 架构处于绝对领先地位。 硬件架构为 中央集中式 架构 ，采用中央计算平台 +三大区控制器方案， CCM为整车最高决策模块，而区控制器是按照车的位置划分，主要接受 CCM的统一指挥。软件架构分层解耦，采用开源软件平台，用户 数据驱动软件更新 ，实现不断 OTA 升级。 通信架构 部分应用以太网，核心控制器之间 总线 环状连接实现冗余。 其他玩家 E/E 架构升级情况如何？ 主机厂 E/E架构 升级 排名分别为：特斯拉 、 传统强外资 、 国内自主 /造车新势力。强外资车企最新（或近期规划）车型 来看， 硬件 架构 由分布式升级为域控制或跨域 融合 ； 软件架构采用 Classic AutoSAR 和 Adaptive AutoSAR混合式架构，便于 管理 软件供应链，实现软件系统的完整性；通信架构方面采用核心高速 Can 骨干总线。 国内自主 /造车新势力 发展最弱，仍为分布式架构，较弱的 OTA 升级能力， 仍为传统 Can 总线 。此外，传统 Tier 1级供应商以及华为等纷纷加入 E/E架构升级赛中 ， 或将 打破原由主机厂主导整个汽车产业链的 固有格局 。 谁能在此次变革中把握先机？ E/E架构升级核心技术 涉及 芯片 /计算平台、操作系统、软件架构、以太网、 5G、云计算等，拥有某一项或多项核心技术优势的玩家（特斯拉、华为、英伟达、英特尔、 BAT等）或在此次大变革中成功切入智能汽车领域，并构建庞大的生态体系。传统汽车产业链中依靠产品升级、新业务拓展或绑定技术优势巨头带来单车价值量提升 ，从而在此次变革中把握先机 。重点推荐 【 德赛西威 】 （智能座舱 +ADAS） ，受益标的 【中科创达 +四维图新 +伯特利 +星宇股份 +科博达 +均胜电子 +中国汽研】 。 风险提示： 全球疫情控制进展低于预期；乘用车行业需求复苏低于预期 Table_PicQuote 行业走势 Table_Report 相关研究 1、汽车行业点评：两会指引汽车智能网联化再提速 2020-05-25 2、汽车行业周报： 5月第二周批发同比 +16%，配置时机已至 2020-05-24 3、汽车行业深度报告：软件定义汽车， ADAS正加速2020-05-17 Table_Author 2020年 05月 29日 证券分析师 黄细里 执业证号： S0600520010001 021-60199793 huangxldwzq -11%-6%0%6%11%17%23%2019-05 2019-09 2020-01 2020-05汽车 沪深 3002 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 内容目录 1. 汽车 E/E架构是软件定义汽车的关键 . 4 1.1. 硬件架构升级：分布式向域控制 /中央集中式发展 . 4 1.1.1. 硬件架构如何升级？ . 4 1.1.2. 硬件架构升级有何好处？ . 6 1.2. 软件架构升级：软硬件由高度耦合向分层解耦发展 . 7 1.2.1. 软件架构如何升级？ . 7 1.2.2. 软件架构升级有何好处？ . 9 1.3. 通信架构升级： LIN/CAN向以太网发展 . 9 1.3.1. 通信架构如何升级？ . 9 1.3.2. 通信架构升级有何好处？ . 11 2. 谁是 E/E架构升级中的 优等生？ . 12 2.1. 特斯拉 E/E架构升级情况如何？ . 12 2.2. 其他玩家 E/E架构升级如何？ . 14 3. 谁能在此次变革中把握先机？ . 16 3.1. 德赛西威 . 16 3.2. 中科创达 . 17 3.3. 四维图新 . 17 3.4. 伯特利 . 18 3.5. 星宇股份 . 18 3.6. 科博达 . 19 3.7. 均胜电子 . 19 3.8. 中国汽研 . 19 4. 风险提示 . 20 3 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 图表目录 图 1：由控制指令运算为主的分布式 ECU向 AI运算的中央计算平台发展 . 4 图 2：博世 E/E架构升级进程 . 5 图 3：同等功能应用条件下域控制算力设计需 求更少 . 6 图 4： AutoSAR核心合作伙伴 . 8 图 5： Classic AutoSAR 体系架构 . 8 图 6： Classic AutoSAR 架构框图 . 8 图 7： Adaptive AutoSAR较 Classic AutoSAR优势明显 . 9 图 8：各域之间通过网关完成数据交换 . 10 图 9：未来车载以太网应用渗透率持续增加 . 11 图 10：车载以太网的发展过程 . 11 图 11： Model 3网络拓扑图（ 2020年 2月） . 12 图 12： Model 3控制器主要负责单元 . 13 图 13：特斯拉 E/E架构技术领先 . 14 图 14：宝马下一代 E/E架构 . 15 图 15：丰田采用 Central & Zone的 E/E架构 . 15 图 16：安波福 SVA架构 . 15 图 17：华为基于计算和通信的 CC架构 . 15 表 1：传统汽车总线 . 10 表 2：主要企业 E/E 架构方案对比 . 15 4 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 1. 汽车 E/E架构是软件定义汽车的 关键 汽车 电子电气架构 （又称 E/E架构）是指整车电子电气系统的总布置方案，即将汽车里的各类传感器、处理器、线束连接 、电子电气分配系统和软硬件整合在一起， 以实现整车的 功能 、运算、 动力 及 能量的分配。 电子电气架构的 关键变化 主要体现在硬件架构、软件架构、通信架构 三个方面 。 1.1. 硬件 架构 升级 ：分布式向域控制 /中央集中式发展 1.1.1. 硬件架构如何 升级 ？ 智能网联化进程驱动 AI算力需求呈现指数级提升趋势。 AI算力常指 针对矩阵运算做加速 的能力，对应用于图像、视频等非结构化数据的运算处理的情况下，单位功耗将更低，计算速度更快。传统汽车功能简单，与外界交互较少，常为分布式 ECU，其芯片采用 MCU/MPU，主要为控制指令运算（约为百万条指令每秒）、无 AI运算能力、存储较小；智能网联汽车，不仅需要与人实现交互，也需要大量与外界环境甚至云数据中心交互，将面临海量的非结构化数据需要处理，车终端中央计算平台将需要 500+百万条指令每秒的控制指令运算能力、 300+TOPS（即为 300*1012次每秒）的 AI算力。 图 1：由控制指令运算为主的分布式 ECU向 AI运算的中央计算平台发展 数据来源：博世，佐思车研， 东 吴证券研究所 由分布式 ECU向域控制 /中央 集中架构 方向发展。 从博世对 E/E架构定义来看， 汽车 E/E架构的升级路 径表现为分布式 （ 模块化 集成化 ） 、 域集中 （ 域控制集中 跨 域融合 ） 、 中央集中式 （ 车载电脑 车 -云计算 ） 。 即为分布式 ECU（ 每个功能对应一个 ECU）逐渐模块化、集成向域控制器（一般按照 动力域、底盘域、车身域、信息娱乐域和 ADAS5 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 域 等），然后部分域开始跨域融合发展（如底盘和动力域功能安全、信息安全相似），并发展整合为中央计算平台（即一个电脑），最后向云计算和车端计算（中央计算平台）发展 。 其中车端计算主要用于车内部的 实时处理，而云计算作为车端计算的补充，为智能汽车提供非实时性（如座舱部分场景可允许微秒级别的延迟）的数据交互和运算处理。 图 2： 博世 E/E架构 升级进程 数据来源： 博世， 东吴证券研究所 绘制 现阶段各主机厂规划的三种 E/E 架构分别为功能域（ 57个域）、跨域融合（约 3个域）、中央计算平台 +区控制器，主要区别在于： 1） 功能域控制 方案 （即一般车中分为 57 个域，每个域中，域控制器即为最高决策层）。 基于每个功能域 设置一个域控制器，域控制器之间通过以太网关进行连接。 但功能域方案，嵌入式控制器仍作为执行器和传感器的处理器存在于 E/E架构中，但其软硬件接口需要被标准化，可通过规模化来实现降低成本。 域控制 器可分为性能型和集成型两类。 a）性能型域控制器 ： 主要是指 信息娱乐域 和自动驾驶域的控制器，因其需要处理大量的非结构化数据，需要强大的 AI 算力 。 由于该部分处理数据庞大，域控制方式相对于分布式架构， 实现相同性能 情况下可降低成本 。 b）集成型域控制器 ：主要是指动力总成域、底盘域和车身域 的控制器，因其 主要 涉及 通用的 控制指令计算和通讯资源，Classic AutoSAR软件架构，对算力总需求较低。 2） 跨域融合方案 （即车中部分域开始融合成约 3个域，代表如华为 /大众方案，域控制器仍为最高决策层） 。 为进一步提升性能、满足协同执行，又减少成本，跨域融合集中化方案应运而生，即将两个或多个集成型域控制器合并为一个的方案。随着智能驾驶进一步演进， L2开始逐步要求执行机构协同操作，前期主要为 动力总成域和底盘域 的协同控制，而且其功能安全、信息安全级别类似， 可合并为一个域控制器，来实现协同操作。域融合可以降低成本，但 各域之间功能安全、信 息安全较大时，很难找到有效的方6 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 案以 避免相互干扰 。 3）基于中央计算 平台 +区 控制器方案 （即车中只有一个中央计算平台，代表如特斯拉方案，该计算平台为最高决策层，而区控制器受中央计算平台统一管理，有利于协同各域统一执行）。 中央计算平台 +区 控制器方案，满足集中化需求，尽量平衡成本。 区控制器是以物理区域来定义的控制器，典型代表如特斯拉。硬件成本降低主要体现在： 1）区控制器可就近布线，减少线束成本； 2）分布式控制器集成，减少通信接口等。适合整合为区控制器的功能主要为简单逻辑和非实时性要求功能（如电源分配、车身控制、热管 理和空调管理等）；而复杂逻辑及实时性要求较高的功能（如发动机管理、电机控制等）尚不适合整合。 1.1.2. 硬件架构 升级有何好处？ 1） 硬件架构升级有利于提升 算力利用率，减少算力设计总需求。 一般芯片在参数设计时按照需求值设计并留有余量，以保证算力冗余，主要因为汽车在实际运行过程中，大部分时间仅部分芯片执行运算工作，而且并未满负荷运算，导致对于整车大部分运算处理能力处于闲置中，算力有效利用率较低。例如泊车使用的倒车影像等仅泊车等部分时段才执行运算操作。采用域控制器方式，可以在综合情况下，设计较低的总算力，仍能保证整车在工作时总算力满足设计要求。 图 3：同等功能应用条件下域控制算力设计需求更少 数据来源： 东吴证券研究所 绘制 硬件 架构 对算力的需求，可类比保险 。 若 个人 想要 抵御风险， 需要大量资金储备，因此大家都购买保险， 将汇集在一起的 保险资金资源池 来 抵御 个人 风险 ，总资金量需求大大降低 。 分布式架构的芯片即为个人抵御风险储备，而域控制 /中央计算平台即为总资金量，域控制 /中央集中式显然算力设计需求会更少。 另一方面现阶段传统车的智能功能并不丰富，智能车在未来功能扩展等方面预留较7 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 多升级空间，若实现同功能应用、驾驶安全条件下进行对比，域控制 /中央集中显然更经济；若仅为传统车和智能车对比，智能车单车价值短期内显然为上升的。 2） 硬件架构升级有利于数据 统 一交互，实现整车功能协同。 传统主机厂方案采用一个功能对应一套感知 -决策 -执行硬件，感知数据难以交互 ，也无法协同执行 。而实 现真正意义上的高级自动驾驶，不仅需要多传感器共同感知外部环境，还需要对车内 部各运行数据进行实时监控，统一综合判断，并且执行机构协同操作。 域控制器 /中央计算平台可对 采集的数据信息统一处理，综合 决策 ， 协同 执行。 分布式架构 的感知 数据无法统一 决策 处理，无异于盲人摸象。 例如，因单一传感器仅可识别到局部环境， 前方车上有一只宠物狗 ，各局部识别能力的传感器可获取到 狗 、前车、路肩等，但因为无法实时交互，从 而反馈到决策 -执行层后易产生误操作。而采用域控制 /中央计算平台方案可实现多种信息的融合处理，综合判断结果为一辆行驶在路上的车 内有一只狗 ，从而执行合理的操作，提高行车安全性。 3） 硬件架构升级有利于 缩短线束， 降低故障率， 减轻质量。 采用分布式架构， ECU增多后线束会更长，错综复杂的线束布置会导致互相电磁干扰，故障率提升，此外也意味着更重。集中式的控制器 /中央计算平台的方式可减少线束长度，减轻整车质量。 1.2. 软件架构升级 ：软硬件由高度耦合向分层解耦发展 1.2.1. 软 件架构 如何升级？ 传统汽车嵌入式软件与硬件高度耦合 ，因此软件依赖于硬件。 在发展早期阶段，受限于硬件资源匮乏，各类硬件种类繁多且各自具有差异性，因此最初的 软件设计开发 较为封闭。随着汽车电子应用需求日趋复杂，传统汽车软件系统的缺陷逐渐暴露，包括：1） 软件重用性极差； 2） 硬件平台各式各样，难以统一、重用； 3） 软件模块化极其有限 。例如，若 OEM想要改变硬件，则需要重新测试验证整个 软件堆栈 。 软件架构分层解耦，促使软件通用性，便于管理供应商。 AutoSAR 可提供标准的ECU接口定义， 模块化设计、 从而使软件层和组件不受硬件影响，实现软硬件设计分离，从而使软件开发易管理 ，软件系统易移植、裁剪，也更易维护。 2003 年，促进 ECU软件标准化的 AutoSAR 联盟成立，其联盟主导者是以主机厂 /传统 Tier 1 级供应商为核心的阵营。截止目前，联盟成员中核心成员有 9家，包括 OEM（宝马、戴姆勒、福特、通用、标致雪铁龙、丰田、大众）、传统 Tier1(博世、大陆 )。高级合作伙伴共有 58家，如华为、百度、长城、沃尔沃等都在发展伙伴的行列。此外还有发展伙伴、合作伙伴、参会者等。 AutoSAR 联盟的设立是为了主机厂与各级供应商建立软件接口统一标准，更好的 区分供应商之间 的责任，便于 主机厂 /强 Tier 1供应商 管理 整个供应链 。 8 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 图 4： AutoSAR核心合作伙伴 数据来源： AutoSAR官网 ， 东吴证券研究所 软件架构逐渐由 Classic AutoSAR 向 Classic AutoSAR+Adaptive AutoSAR 混合式方向发展。 AutoSAR 软件架构主要分为 Classic AutoSAR 和 Adaptive AutoSAR 两类，Classic AutoSAR较为 成熟，广泛应用于传统汽车嵌入式软件中， Adaptive AutoSAR尚处于发展初期，主要面向更复杂的 域控制器 /中央计算平台等 。 Classic AutoSAR基础软件分为四层 ，分别为服务层、 ECU抽象层、微控制器抽象层和运行时环境，运行时环境使应用软件从底层软件和硬件平台相互独立。除此之外还包括复杂驱动程序，由于对复杂传感器和执行器进行操作的模块涉及严格的时序问题，这部分暂时未被标准化。 图 5： Classic AutoSAR 体系架构 图 6： Classic AutoSAR 架构框图 数据来源： CNDS， 东吴证券研究所 数据来源： CNDS， 东吴证券研究所 Adaptive AutoSAR 相较于 Classic AutoSAR 具有软实时、可在线升级、操作系统可移植等优势 。 Classic AutoSAR是基于强实时性 （微秒级） 的嵌入式 操作系统 上开发出来的软件架构， 可 满足传统汽车定制化的功能需求 ，但受网络的延迟、干扰影响较大，无法满足强实时性。 随着 自动驾驶、车联网等 应用的复杂化 ， 软 实时性的软件架构系统9 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 Adaptive AutoSAR诞生，其主要用于域控制器 /中央计算平台，相对于 Classic AutoSAR的优点： 1）为软实时系统，偶尔超时也不会造成灾难性后果； 2）更适用于多核动态操作系统的高资源环境，如 QNX； 3）软件功能可灵活在线升级。 图 7： Adaptive AutoSAR较 Classic AutoSAR 优势明显 数据来源： CNDS，东吴证券研究所 绘制 1.2.2. 软 件架构 升级有何好处？ 1） 软件架构升级有利于软硬件解耦 分层 ， 利于 实现软件 /固件在线升级、软件架构的软实时、操作系统可移植。 传统汽车嵌入式软件与硬件高度耦合，为应对越来越复杂的自动驾驶应用和功能安全需要，以 AutoSAR为代表的软件架构提供接口标准化定义，模块化设计，促使软件通用性， 实现软件架构的软实时、在线升级、操作系统可移植等。 2） 软件架构升级有利于采集数据信息多功能应用，有效减少硬件需求量，真正实现软件定义汽车。 若未实现软硬件解耦，一般情况下增加一个应用功能则需要单独增加一套硬件装置，采集的数据信息仅一个应用功能可以利用。现阶段，自动泊车雷达和自适应巡航的摄像头、雷达采集数据不可交互，若打通整个汽车软件架构，各数据特征有效利用，实现多个应用共用一套采集信息，有效减少硬件需求数量。 1.3. 通信架构升级 ： LIN/CAN向以太网发展 1.3.1. 通信 架构 如何升级？ 自动驾驶需要以更快速度采集并处理更多数据 ，传统汽车总线无法满足低延时、高吞吐量要求 。 随着汽车电子 电气架构日益复杂化 ， 其中 传感器、控制器和接口越来越多，自动驾驶也需要海量的数据用 于实时分析决策，因此要求车内外通信具有高吞吐速率 、低延时和多 通信链路。 在高吞吐速率方面， LIDAR 模块产生约 70 Mbps 的数据流量，一个摄像头产生约 40 Mbps的数据流量， RADAR模块产生约 0.1Mbps的数据流量。若L2级 自动驾驶 需要使用 8个 RADAR和 3个摄像头，需要最大吞吐速率超过 120Mbps，而全自动驾驶对吞吐速率要求更高 ，传统汽车总线 不能满足高速传输需求。 10 / 21 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 Table_Yemei 行业深度报告 表 1： 传统汽车 总线 汽车串行总线 首次上市时间 介绍 CAN （控制器局域网） 1983 由 Bosch 开发的一种共享串行总线，传输速率可达 1 Mbps。其优点是经济高效、可靠性高；缺点是共享访问，带宽较低，主要适用于动力总成、底盘和车身电子设备中使用。 LVDS (低压差分信令 ) 1994 是一种点到点链路， 不能满足多链路信息传输 。 传输速率可达几百 Mbps， 成本比 MOST低，多用于传输摄像头和视频数据；缺点：每个 LVDS 链路一次只能连接 输入 /输出 。 LIN (局域互连网络 ) 1998 由 OEM 和技术合作伙伴联盟开发，其速率约 几十 Kbps，成本比 CAN 低，主要适用于车身电子设备，例如镜子、电动座椅和配件等。 MOST (媒体定向系统传输 ) 1998 采用环形体系结构，使用光纤或铜缆互连，速率 20Mbps，其优势是带宽较高，但价格较为昂贵。它最初仅适用于摄像头或视频连接。 FlexRay 2000 由 FlexRay 联盟开发，速率 10 Mbps 的共享串行总线，优势是带宽比 CAN 高，但成本较高，而且需要共享使用媒体。主要应用于高性能动力总成和安全系统，如线控驱动、主动悬架和自适应巡航控制。 CAN FD （灵活数据速率） 2012 由 BOSCH 发布的标准， 传输速度最高 8Mbps 它是对原始 CAN 总线协议的扩展。 CAN FD 通过最大限度缩短协议时延和提供更高带宽，实现更精确和接近实时的数据传输。 数据来源： keysight，百度百科， 东吴证券研究所 集 带宽 更宽 、低延时 等诸多优点 的以太网有望成为未来车载网络骨干。 车载以太网是汽车中连接电子元器件的一种有线网络，具有带宽较宽、低延时、低电磁干扰、低成本等优点。在 2010年左右，以太网从 DLC诊断端口到网关只有一条 100Base-T1 1TPCE（速率为 100Mbps） 基带传输系统 ，仅用于诊断和固化软件更新。随着以太网技术发展，2015 年起，以太网由诊断应用逐渐延伸至信息娱乐域和 ADAS 系统，未来技术进一步突破， 1000Base-T1 RTPGE（速率为 1Gbps）以太网将成为新网络骨干。 各域通过网关完成数据交换。 各企业对控制域划分不尽相同，根据博世 将汽车分为五大控制域， 包括 车身 电子 系统、 娱乐信息 系统、 车辆运动 系统、 安全 系统以及辅助驾驶系统， 每个域下继续细分各个子域 。这其中，每个域或子域对应 相应的 域控制器 DCU和 ECU， 并通过网关实现数据交换，共同构成 汽车 E/E架构。 图 8：各域之间通过网关完成数据交换 数据来源： 博世 ，东吴证券研究所