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南宫28官方网站【附PPT】张晓先:车用操作系统与芯片助力构建智能

发布时间:2024-12-23 10:47:52 来源:NG28南宫娱乐官网 作者:ng28南宫娱乐官网版

  2023年11月3日,2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力,创数智未来”为主题,由中国汽车工业协会主办,中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办,中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求,本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”,旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。其中,在下午举办的“汽车操作系统‘芯’发展”主题论坛上,普华基础软件副总经理兼战略研究院院长张晓先发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

  我今天讲的题目叫做“车用操作系统与芯片助力构建智能网联汽车产业生态”,昨天我想了一下,因为这段时间行业里有很多的讨论,大家也有很多的问题抛出来,我就加了两页,我想花20分钟来讨论一下,跟大家探讨一下这两个问题有没有答案。

  第一个问题,操作系统发展的动力是什么?大概20年前,我还在研究所的时候,当时主要是做嵌入式操作系统,领导每年会问,我们操作系统的创新是什么?今年的创新是什么?明年的创新是什么?每年都在讲高安全、高可靠、强实时,有没有变化?操作系统是怎么样一步步发展过来的?发展的驱动力是什么?当然有很多的考虑,我们内部也经常讨论。有的说是应用需求带动的,这是大的概念的说法,也有人说是芯片的发展带动的,听上去很对。还有比较小众的说它由自身的技术发展来驱动的,操作系统内生的驱动力,到底操作系统发展动力是什么,涉及到我们做操作系统的企业怎么样定义产品,怎么样抓住机遇,这是个很重要的问题。

  第二个问题,芯片和操作系统到底解耦还是结合?这两个截然相反的观点,我们有说软硬解耦,也有很多的专家,特别是芯片的企业会说软件、硬件深度结合。上午钟院士也提到软件、硬件的互动,但互动到底具体是什么?是解耦还是结合,也是我们希望去得到一个答案,也许不一定有答案,但是这两种观点肯定是有它的原因。

  这一张片子展示了芯片与操作系统跨越半个世纪的演进历程。最早的时候,芯片电子技术是真空二极管。操作系统或者底层软件是怎么样形成的,每个变化的过程中驱动力是什么?最早的时候不是操作系统,1955年推出的批处理系统是为了提高原来使用计算机的效率。过去使用计算机效率很低,很大的机器,推动自带卡片来驱动,批处理是解决这样的问题。最早的操作系统是1973年诞生的分时操作系统Unix,它为什么会诞生?因为当时的计算机,实际上也是所谓的算力驱动,是个大的服务器,或者专用的,为了计算一些科学问题,或者计算一些题目的计算机,大型计算机。大型计算机让很多人使用的时候就存在分时,如何提高使用效率的问题?所以产生了分时操作系统Unix,一直到今天Unix,它是非常重要的、典型的操作系统。

  1980年,RTOS诞生。我们在使用的时候发现不是所有的计算机都是为了高算力和计算,有一种计算机是为了及时地响应,这样一类计算机算力可以浪费掉,不需要充分利用它,但是需要在必要的时候及时响应这样的行为,所以需要实时操作系统。实时操作系统可以产生一些像基于优先级的调度、可以抢占的调度,关键任务来的时候可以抢占掉别人的进程,所以整个架构也是不一样。它出来的原因是有这个需要了。

  1981-1985年,windows出现。实时操作系统之后MS-DOS到Windows,为了单独使用一台计算机人机交互的问题,我们使用的时候感受很深,从DOS系统命令行执行一个程序,到图形化执行程序,然后多鼠标,现在变成触屏,这样发展是为了满足个人使用计算机需要。1991年Linux出现,是为了开放源代码,是完全生态上的变化,它的驱动力最初是因为一些理想主义的,就是欧美的一些黑客文化,他觉得商用的不道德,有共享,他们有宗教的情结或者背景驱动这样的行动,最后开源变得非常成功,很多商业公司利用这个系统构建他们产品的竞争力。现在开源软件占了很大的比例,Linux的成功是非常巨大的。

  我后面列了两个,一个是1993年的OSEK,到2003年的AUTOSAR,就是汽车软件行业的工程化导致了OSEK的出现到AUTOSAR的出现。一个问题发生了,为了解决这个问题,操作系统就会有变化。

  通用的第一款微处理芯片在70年代代表了什么?代表软件定义汽车的起点,软件实现汽车的功能在很早就开始了。由于我们产业链配套的变化,以及的变化导致了软件的标准出现了变化,所以会有OSEK的标准出来,有AUTOSAR的标准出来,这些标准发起的原因是软件工程化的需要,因为系统越来越复杂,为了解决复杂问题,需要去解耦。所以第一个问题延伸到第二个问题,就是软硬件解耦是由问题导向出来的,软硬件解耦显然是为了提升开发效率,去解决复杂性,用工具提升效率。

  在AUTOSAR标准出来之后,电子电气架构发生了变化,过去基于软硬件解耦提升开发效率,慢慢发生了变化。由于我们出现了中心化+区域的控制,在车上会有一些中央计算的单元,有高算力的单元,而这些中央计算单元不仅是高算力的,而且是多元化算力,这点非常重要。多元化算力意味着有不同的异构核,有CPU去处理单纯的计算应用,有GPU处理跟图像、视觉有关的计算,也有NPU去执行一些神经网络计算,或者跟AI有关的计算,有专用的处理器处理专用的计算,每一种不同的处理器执行逻辑都是不一样的,所以高算力和异构是现在新的趋势,新的趋势带来的必然是操作系统要发生变化,为了要满足这样的变化,它的变化是什么?

  高算力、异构硬件显然不是标准化的,在今天看到很多款SoC芯片,或者说很大程度上不是标准化的,这种情况下我们的操作系统在基于标准化硬件来实现功能,这是第一个逻辑,。第二个逻辑,在新的变化的趋势中,非标准化的硬件出来之后,软件如何适应它的变化,实现非标准硬件上的功能。

  由于整体的计算能力实际上是跟软件和硬件离不开的,也就是说软件+硬件才能实现最终的功能。我们原来一直说算力是由于芯片的动力来形成的,1TOPS到1000TOPS,芯片指标非常明确。芯片公司写的量化很简单,多少个BP,下一代多少个BP,我的核今天是多少,明天是多少个,工艺从28纳米一直到14纳米到7纳米,到4纳米,非常明确、非常量化。但是操作系统的BP很难写,如果给投资人讲今天的操作系统和明天的操作系统,他是很难理解的,因为操作系统是非量化的。通过操作系统,判断是不是不能发挥算力?这也不能完全成立,最终变化的指标既要靠操作系统,也要靠芯片,两个结合在一起实现。

  那么,软硬件到底应该是解耦还是结合?我个人的想法是“看情况”。如果它是一个标准化硬件,软件体系成熟,它们一定是解耦的。分工协同是整个经济体系最有效率的一种做法。由于分工,每家做各自的事情,所以它的性价比最高,产品做得最好。只要是一个成熟的架构、成熟的体系,边界分明、标准清晰,软硬件一定是解耦的;如果是一个创新的东西,我认为是可能软硬结合,如果是一个完全创新的、在探索中的东西,一定是软硬件结合,把功能发挥到极致,随着功能成熟再形成软硬件解耦。

  操作系统发展的动力到底是什么?我个人认为是问题驱动,问题出现了之后会带来芯片、操作系统的变化。操作系统企业定义业务的时候,不仅要看友商,我们还要去看整个业务模式会不会有颠覆性的变化,如果说整个业务模式颠覆性变化之后,我们会看到新的操作系统,比如Linux和Windows的差别不是单纯的从性能层面所能够抵御的东西,所有的友商,包括企业自身都会面临生存问题,因为一个新的模式出来。

  普华基础软件做了15年操作系统,是中国电科专注在基础软件领域的一家企业。我们有两条业务线,一条是IT通用基础软件,另一条是OT车用基础软件。今天主要讲车用基础软件。简单介绍一下,我们从2008年成立到今天,一直在车用基础软件的研发及产业化上投入,截至2022年,普华车用基础软件累计量产超过1200万套。在国内车用基础软件领域,创造了很多“第一”。今年我们响应中汽协会的号召,将普华EasyAda微内核开。


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