在汽車產業加速變革的當下，軟件與電子系統深度融合，正重塑汽車行業的發展格局。從智能駕駛輔助系統的迭代，到車載互聯功能的拓展，軟件定義汽車的趨勢愈發顯著，這既為行業帶來了無限創新機遇，也讓車企面臨著前所未有的挑戰。

近日，新思科技中國區電子系統數字孿生總監潘小偉先生應邀參加Open House China 2025暨IPG中國十周年慶典，發表了《電子數字孿生：軟件定義系統高效開發及驗證的未來》的主旨演講，與全球汽車行業的專家、合作伙伴及客戶，共同探討虛擬開發技術的前沿趨勢。潘小偉講解了數字孿生技術在汽車電子系統開發中的應用，展示了如何通過虛擬ECU（VECU）在不同抽象層次上執行生產代碼，從而在早期開發階段實現多樣化的測試。數字孿生技術將大幅提升開發效率，同時確保最高的安全和質量標準。

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、座艙系統、域控系統等軟件，共同構成汽車的電子電氣架構。新思科技致力于幫助系統公司設計芯片，提供從芯片到系統的完整解決方案。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，再結合如ARM這樣的處理器，就能構建芯片架構，這一過程需要借助EDA軟件工具去設計。

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

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發展，算力實現了百萬級別的提升，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業發展，軟件定義系統也越來越普及。隨著芯片與系統的發展及融合，整個產業在新產品設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“重構工程設計，引領科技創新”（Re-engineering Engineering）理念，未來產品設計所需的工具必須進行創新變革以適應新的變化。

如今，芯片到系統的變革在各行各業發生。最左側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呈現，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。對于系統公司而言，以往設計產品注重電氣或機械特性，現在為實現更多功能，需要更多算力芯片，逐漸開始自行設計或控制相關系統、芯片及承載的軟件，這在汽車、航空航天和工業制造領域表現得尤為明顯。

軟件定義汽車帶來的多重挑戰

以汽車行業為例，國內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勢。但這一行業的新變化也帶來了諸多挑戰，比如開發節奏快、成本控制難、質量保障要求高。近年來，汽車行業競爭激烈，電子系統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，預計到2030年將增至3億行，這些代碼都需要經過嚴格的測試驗證才能交付給消費者。同時，因軟件和電子系統問題導致的召回事件也在增多。今年，國家對OTA的監管愈發嚴格，要求企業必須備案，這就要求車企在首次交付產品時軟件質量就要達標，OTA應更多地用于增加新功能而非修復漏洞。此外，國外主機廠設計一款新車通常需要六到七年，而國內部分主機廠僅需兩年甚至18個月，如何在如此短的時間內完成產品迭代，同時保證創新，成為汽車行業面臨的關鍵挑戰，而這些挑戰的核心就在于軟件及軟硬件系統集成方面。

軟件變得越來越復雜，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來實現這樣差異化的產品，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，向軟件工廠轉型，如何提升軟件集成和開發的效率，以及在漫長的汽車產業鏈中降低對供應商的依賴、提高協作效率，都至關重要。

電子數字孿生驅動智能汽車創新升級

數字孿生技術正是應對上述挑戰的有效方法。在各行各業，數字孿生都有廣泛應用，比如英偉達的數字地球，可用于天氣預報、極端天氣分析、能源生產預測、碳排放預測等。在汽車行業，數字孿生也并不陌生，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構建虛擬汽車內飾空間進行數字化設計等。然而，過去十年，車載ECU的開發缺少數字化仿真環境，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在客戶中實現的成果是對整車的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、CAN總線等的互聯。這種仿真可在主機或云服務器上運行，結合車輛動力學模型、電池、電機、傳感器以及自動駕駛仿真場景，構建出多領域數字孿生系統，實現真正的全數字孿生。

對于整車的電子電氣架構集成來說，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，涉及眾多供應商和不同團隊。以往常出現車已基本完成，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。所以，車企希望能提前進行軟件棧和系統的垂直整合，延長集成測試周期，加快產品上市時間（SOP）。基于數字孿生系統或虛擬ECU，還能加速OTA驗證和更新。

虛擬ECU融入當前開發流程，主要是針對軟件的不同層次提供不同抽象級別，實現從單元級測試到系統級測試的全覆蓋。我們對虛擬ECU進行了分級，從level 0到實物HiL測試，新思科技重點關注level 1到level 4這部分。level 1可理解為應用軟件層，以AutoSAR架構為例，我們提供底層RTE環境用于軟件測試；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，對上層應用而言，僅需替換底層GPU驅動即可。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和系統集成。

新思科技的電子數字孿生系統分為兩部分，backend是相關仿真引擎，負責level 1到level 4的虛擬化仿真；frontend是用戶交互界面和協作環境，方便開發者、測試者和供應商協作。該系統不僅能實現單個ECU的虛擬仿真，還能構建多ECU虛擬仿真，通過虛擬總線互聯，甚至能與實物、芯片實物模擬仿真相結合，同時也可與道路環境仿真工具（如IPG的CarMaker）集成，構建多領域數字孿生系統，進行全車集成測試。此外，我們還能根據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，形成了一個閉環測試環境，前期SiL測試結果可與HiL和實車測試結果比對，實車測試數據又能反饋到SiL測試中，使仿真更精準，關鍵問題能在SiL仿真中提前發現并解決。不同的虛擬化仿真策略可支持不同軟件棧同時進行開發、集成和測試，無論是上層應用層軟件還是全棧軟件開發，都能滿足需求，助力主機廠構建軟件工廠，實現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、集成和開發環節提前，降低開發測試周期，提升軟件開發效率，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，降低召回風險。

此外，奔馳AMG的案例也充分體現了SiL測試的優勢。通過應用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模型，左下角是兩個分別負責輔助駕駛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實現通信。右下角是TPT測試工具，用于導入需求生成測試用例和報告，右上角是Dashboard。在這個場景中，當ACC車行駛中遇到前車時出現了異常情況，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，還便于復現和調試，能高效解決問題。

攜手共筑汽車產業新未來

汽車行業的發展離不開生態伙伴的支持，新思科技與汽車行業的各種工具鏈相結合，構建了完整的數字孿生系統。IPG是我們長期的合作伙伴，共同構建了自動駕駛測試場景和環境。上個月，我們還與Vector達成戰略合作，共同推動開源庫SIL Kit的發展，在多域ECU聯合仿真和對外連接調試方面提供更高效的方案。

潘小偉還表示，從去年開始，“新質生產力”成為熱門概念并且國家把“發展新質生產力”納入經濟工作重點，電子數字孿生技術對于中國汽車產業而言，是關鍵的新質生產力，它能夠助力中國汽車產業走向全球，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，構建的電子ECU孿生系統和多域數字孿生系統，能幫助車企降低開發測試成本，加速產品上市進程。