麦肯锡:5G与边缘计算引领汽车产业进入四大趋势

随着车联网生态系统的发展,它将影响多个行业包括汽车、电信、软件和半导体的价值链。麦肯锡最新发布了一份报告,探讨了一些重塑该行业的最重要的变化,特别是5G和边缘计算的不断发展带来的机会。报告还注意到,如果半导体公司愿意重新审视其产品、产能、组织和运营能力以及进入市场的方法,那他们在未来几年可能会获得更高的价值。

汽车软件和电子产品的新时代

四大显著技术趋势已经成为汽车行业创新的关键驱动力:自动驾驶、连接性、电气化和共享移动性—如汽车共享服务(如下图)。这四大趋势被统称为ACES趋势,将对计算和移动网络需求产生重大影响,其中自动驾驶产生的影响最大,因为它需要更高的车载计算能力来实时分析大量的传感器数据。

其他自动驾驶技术、空中编程(OTA)更新和第三方服务的整合也将需要车内外的高性能和智能连接。同样,极其严格的车辆安全要求需要更快、更可靠、延迟极低的移动网络。有了ACES功能,业界人士现在面临三大工作负载位置的选择:车载计算、云端和边缘计算(如下图)。

为了确保用例满足技术可行性的门槛,公司必须决定在哪里以及如何在可用的计算资源中平衡工作负载(如下图)。这可以让用例满足越来越严格的安全要求,提供更好的用户体验。为平衡车载、边缘和云计算的工作负载,可能需要考虑多种因素,其中有四个因素尤其重要。

首先是安全,因为对乘客安全至关重要的工作负载需要极快的反应时间,其他考虑因素包括延迟、计算复杂性和数据传输要求,这取决于数据的类型、数量和异质性。

今天的车联网用例通常依靠车载计算或云来处理其工作负载。例如,导航系统可以接受相对较高的延迟,在云端其功能发挥的更好。OTA更新通常通过云端数据中心交付,在干扰最小的时候通过Wi-Fi下载,信息娱乐内容源自云端并在车内缓冲,能为用户提供更好的体验。相比之下,事故预防工作负载,如自主紧急制动系统(AEBS)需要超低延迟和高水平的计算能力,这可能意味着它们最好通过车载计算处理。

计算和连接方面的进步有望实现许多新的、先进的汽车用例。

计算和连接方面的进展预计将促成许多新的和先进的使用案例(见下图)。这些发展可以改变工作负载的位置。更重要的是,5G移动网络的推出可以允许更多的边缘处理。鉴于这些相互关联的技术的重要性,麦肯锡详细探讨了它们的特点,重点是汽车应用。

5G和边缘计算的好处

5G技术有望提供带宽、低延迟、可靠性和分布式能力,更好地满足车联网用例的需求。它对汽车应用的好处主要分为以下三点:

增强型移动宽带(EMBB):5G可能提供更快、更统一的用户体验,速度达到每秒10gb,比4G技术快五到十倍。这可能会增强高带宽用例,如车载信息娱乐系统、车辆远程操作和实时人机界面渲染。

大规模的物联网(IoT):通过实现每平方公里一百万个连接,5G网络可以有效地支持来自汽车、连接的基础设施终端和终端用户设备的大量并发连接,这可能会消除汽车以及其他设备因多个连接而导致移动网络断开连接的可能性。

超低延迟通信(URLLC):5G延迟理论上可以降到一毫秒,比4G快5-15倍。这意味着5G可以将高速与高可靠性结合起来,消除了在两者之间进行权衡的必要性。这对于自动驾驶汽车的物体跟踪、智能电网关键基础设施的保护和控制以及包括航空和机器人在内的应用的远程控制和过程自动化都很重要。

这些好处可能有助于在汽车行业内更多地使用边缘应用。例如,不属于安全关键型的工作负载——信息娱乐和智能交通管理可以开始从车载或云端转移到边缘。最后,5G连接可以减少延迟,这样一来,某些对安全至关重要的功能可以开始通过边缘基础设施增强,而不是仅仅依赖车载系统。

当前,大多数汽车应用倾向于完全依赖一个工作负载位置。未来,它们可能会使用边缘计算与车载或云处理的某种组合确保提供更高的性能。例如,智能交通管理系统可以通过用外部数据(例如,其他车辆的遥测数据、实时交通监测、地图和相机图像)来加强车辆的传感器数据,从而改善车载决策。数据可以存储在多个位置,然后由交通管理软件进行融合。车内车载可以做出与安全有关的最终决定。最后,大量的实时和非实时数据可能需要在车辆、边缘基础设施和云端进行管理,以实现高级用例。因此,边缘和云之间的数据交换必须是无缝的。

转变的行业动态和新机遇

不断发展的汽车价值链将为行业内的人和外部技术参与者带来许多新的机会。到2030年,互联汽车使用案例所创造的总价值可能超过5500亿美元,而2020年约为640亿美元(见下图)。

连接性提高为整个汽车价值链的参与者提供了改善其运营和客户服务的机会。以汽车的预测性维护为例。目前,售后市场的保养和维修服务主要是按照固定的保养计划或定时的保养/维修。在特定时期内需要维修的车辆数量几乎不确定,这导致了服务安排、替换零件订购和库存等方面的低效率。使用远程汽车诊断的预测性维修可以通过给原始设备制造商和经销商一个启动和管理维修过程的机会来改善这一过程。

先进的联网汽车用例的推广速度在很大程度上取决于5G和边缘计算的可用性。各种因素正在汇聚不断加快这一进程。在消费者和行业用例激增的推动下,对这些关键推动因素的需求正在上升。在短期内,可以通过增强4G已有的服务来产生价值,包括导航和路线、智能停车、集中和自适应交通控制,以及对司机、乘客或包裹的监控。

麦肯锡预计,更多的5G和边缘可用性可能会扩大可行的用例清单(技术和财务上),使边缘价值成倍增长。展望2030年,大约30%的价值可能是由5G和边缘实现的(2020年为5%),这与麦肯锡关于先进连接的跨部门报告基本一致。

价值的创造可能会因为传统的参与者进入相邻的领域,以及来自传统上不在汽车价值链中的行业新进入者,如通信系统供应商(CSP)、超大规模的企业和软件开发商而加速。英特尔、英伟达和台湾半导体制造公司等参与者正在增加汽车软件的能力,以实现更大的协同效应和垂直整合的好处。除了加速创造价值外,新进入者可能会争夺总价值的更大份额。

汽车-硬件价值链预计将根据原始设备制造商的类型发生变化。传统的汽车制造商,连同他们的价值链,预计将在现有能力的基础上,继续发挥完善的硬件开功能。从汽车到云各个应用的汽车、部件、设备和芯片可能继续主要由专门的公司制造。非传统或新兴的汽车企业可以与成熟的汽车原始设备制造商共同开发汽车平台,并使用原始设备制造商的服务或合同制造商,如Magna Steyr,来完成价值链的传统部分。

已有的企业可能会通过扩大其核心业务、提高技术水平或扩大其价值链足迹来寻求份额的增长。例如,为汽车原始设备制造厂商创造先进的芯片组是半导体企业的核心业务,但他们也可以通过提供车载和边缘软件系统或向汽车原始设备制造厂商提供以软件为主的解决方案来获取额外的价值。同样,为了获取额外的价值,超大规模公司可以创建最终用户服务,如为汽车原始设备制造商提供信息娱乐应用程序或为合同制造商提供软件平台。

新兴的生态系统原型

随着参与者采取战略行动以提高他们在市场中的地位,麦肯锡预期会形成两种类型的参与者生态系统。在一个封闭的生态系统中,成员资格受到限制,单一标准可能由一个参与者(如大众汽车公司)或一组OEM定义。任何公司都可以加入的开放生态系统,通常有一套民主化的全球标准,并向共同的技术栈发展。在极端的例子中,存在共同的接口和真正的开放标准,每个参与者都可能留在自己的轨道上,专注于其核心竞争力。

混合生态系统也将继续存在。遵循这种模式的参与者有望在系统基础上混合使用开放和封闭元素。例如,这可能适用于一个价值链的原始设备制造商和供应商具有特殊专长或核心竞争力的系统。

附表6描述了每个生态系统模式的优缺点。

价值链动态

新兴互联汽车价值链上的公司为五个领域开发产品:道路和物理基础设施、汽车、网络、边缘和云。公司可以为每一个领域提供软件服务、软件平台或硬件(见下图)。

随着汽车连通性的发展,麦肯锡预计硬件和软件会脱钩。这意味着硬件和软件可以独立发展,并且各自有各自的时间线和生命周期。这种趋势可能会鼓励原始设备制造商和供应商共同定义技术标准,并可能加快创新周期和上市时间。大型跨国半导体公司已经表明,通过硬件和软件开发的脱钩和并行化,开发时间可以减少40%。此外,支持这种脱钩的目标架构具有强大的中间层,为半导体领域的价值创造提供机会。这个中间层可能至少由两个相互联系的领域操作系统组成,它们可以处理各自领域的脱钩问题。硬件和软件的脱钩是汽车创新的关键部分,使产品的差异化能力严重地倾向于软件。

新的机会

在软件层,公司可以通过几种不同的方式获得价值。在开放的生态系统中,参与者将广泛采用具有相对通用接口的互操作性标准。在这种情况下,公司可能会留在自己的传统领域内。例如,半导体企业可能专注于为特定客户生产跨领域和堆栈层的芯片组,原始设备制造商专注于汽车系统,而CSP则专注于连接层,或许还有边缘基础设施。同样,超大规模的企业可能在云/边缘服务中获取价值。

相比之下,在封闭的生态系统中,公司可以定义专有的标准和接口,以确保与其成员的技术有高水平的互操作性。例如,封闭式生态系统中的OEM除了为汽车创造软件服务和平台外,还可以开发分析、可视化能力和边缘或云应用,供自己使用。汽车的差异化来源可能包括具有即插即用能力的信息娱乐功能和自主能力,如传感器融合算法和安全功能。

虽然软件是创新的关键推动力,但它的漏洞可能会给原始设备制造商带来巨大影响,这使得网络安全成为一个优先事项(更多信息见侧边栏 “网络安全的重要性”)。结合起来,5G和边缘基础设施有可能提供更多的灵活性来管理与预防和响应有关的安全事件。

硬件厂商可以利用他们的专业知识,提供先进的软件平台和服务。例如,英伟达已经进入了高级驾驶辅助系统(ADAS)市场,并且正在用大量的软件产品来补充其片上系统的人工智能设计能力,这些软件产品涵盖了整个自动驾驶栈,从操作系统和中间层到感知和轨迹规划。

一些公司也在向不同的堆栈层发展。以华为为例,该公司原本是一家网络设备供应商和消费级电子电气设备生产商,以及边缘和云基础设施制造商。目前,该公司正瞄准各种汽车堆栈层,包括基本的车辆操作系统、电子和电气硬件、汽车专用电子和电气、软件和电动车平台。未来,华为可能开发汽车、监测传感器、人机界面、应用层以及边缘和云领域的软件服务和平台。

汽车价值链上的新机会和战略

更大的汽车互连性将为半导体企业和汽车价值链上的其他公司提供许多机会。在各个环节中,他们可能因成为解决方案的提供者而受益,而不是只专注于软件、硬件或其他组件。当他们向前迈进并试图获取价值时,公司可能会受益于对其核心战略要素的重新审视,包括能力和产品组合。

半导体公司

汽车半导体市场与物联网和数据中心一样,是全球半导体行业中最有前途的细分市场。从硬件厂商转型为解决方案提供商的半导体公司可能会发现,他们的业务与竞争对手的业务差异很大。例如,他们可能会通过开发针对其系统架构优化的应用软件来赢得客户。半导体公司还可以在协调层发现新的机会,帮助他们在车载、云和边缘计算之间平衡工作负载。

随着审查其现有的产品,半导体公司可能会发现,他们可以扩大软件业务,并通过利用自己在汽车行业以及边缘和云计算方面积累的经验,生产更多特定用途的芯片,如用于先进的驾驶辅助、智能驾驶舱和电源控制系统的微控制器,并形成产业规模。除了软件之外,半导体公司可能会发现其他很多机会,涉及更高计算能力的先进节点和更高效率的芯片组。

半导体公司可以通过与专注于汽车用例的超大规模企业和边缘企业建立战略伙伴关系,利用其边缘和云计算能力。

为了提高与特定用途芯片有关的产能,半导体企业将受益于其对原始设备制造商和消费者需求的更好理解,以及对专用硅的新要求。半导体公司可以通过与专注于汽车用例的超大规模企业和边缘企业建立战略伙伴关系,利用其边缘和云计算能力。

一级供应商

一级供应商可以考虑集中于可能使他们成为具有更高堆栈控制点的“0.5级”系统集成商的能力。在另一个重大转变中,他们可以利用现有的能力和资产,为新车开发操作系统、ADAS、自动驾驶和人机界面软件。

为了生产汽车计算生态系统中的新兴产品,一级供应商可能会考虑招聘全栈员工,他们能看到更大的画面,设计出更适合终端用户期望的产品,并可能考虑把重点放在低成本国家和高速增长市场,提供价格差异化、定制化或较低规格的产品,这些产品已经在高成本经济体进行了测试。

CSPs原始设备制造商

原始设备制造商可以利用5G和边缘的颠覆,将业务和合作模式定位在作为服务的解决方案上,还可以利用其现有的资产和能力,建立封闭或开放的生态系统应用,或专注于高质量的合同制造。主要的原始设备制造商的高增长产品可以包括与移动、共享移动和电池有关的作为服务的模式。原始设备制造商在寻求与其他新的和现有的价值链参与者合作时,需要记住两点:填补人才和能力差距(例如,在芯片开发方面)和有效管理多样化的投资组合。

CSPs

CSP必须使网络投资与汽车价值链的发展保持同步,以确保足够的5G/边缘服务可用性。为此,他们可能需要与正在进入该领域的汽车原始设备制造商或超大规模公司建立合作。为了获得最佳效果,CSP将确保他们的核心连接资产能够满足车辆到一切(V2X)的用例要求,并创建路线图来支持高度自动驾驶。然而,连接本身只代表了CSP整体价值的小部分,公司将从扩大其产品组合,包括基于边缘的基础设施即服务和平台即服务中受益。超越传统的连接核心可能需要支持更灵活的工作环境的组织结构和运营模式。

超大规模公司

超大规模公司可以通过快速行动,与各种价值链上的参与者合作,测试和验证各领域的优先用例来获得地位。他们还可以与行业参与者建立伙伴关系,在核心云和新兴的边缘领域推动汽车特定标准的制定。为了抓住全部的潜在机会和最有吸引力的机会—超大规模的企业应该首先分析现有的资产和能力,例如现有的云基础设施和服务。他们还将从调整云和边缘产品组合中获益,或通过扩大云可用性区域来覆盖V2X用例推广和现实世界测试的领先位置。如果超大规模公司想在汽车价值链中增加云和边缘产品的足迹,他们可以考虑一系列的合作关系,如与原始设备制造商建立合作,以测试和验证用例。

5G和边缘计算的好处不是空话,很快就会到来,但没有任何参与者可以仅凭个体就能获得。今天,有些机会已经蜂拥而至,但在许多汽车公司的技术路线图中没有明确显示,不是每个人都能抓住这些机会。

建立伙伴关系和生态系统,将联网汽车推向市场并获取价值是至关重要的,一些半导体公司已经与原始设备制造商和价值链上的其他公司建立了强有力的合作关系。汽车行业的ACES趋势正在快速发展;半导体公司必须迅速行动起来,瞄准机会并完善现有的战略。这些努力不仅有助于他们稳住底线,而且还可以让一级制造商和原始设备制造商缩短产品和服务的上市时间,加速智能汽车的推广采用,对所有人都有利。

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