电子数字孪生白皮书解读|加速汽车软件创新与云端协作的新范式

01. 行业挑战：硬件依赖成为开发瓶颈

现代汽车正从数量众多但性能有限的控制器转向数量更少、性能更强大的计算平台，软件复杂度呈指数级增长。原始设备制造商（OEM）的差异化如今主要体现在应用软件层，而操作系统、中间件、板级支持包（BSP）及通信栈等基础软件层则必须在各领域实现标准化和复用。

图1：汽车软件开发挑战

传统依赖实体硬件的开发流程阻碍了并行工程进展，因为软件团队只能在硬件可用时才能开展工作，但这通常位于项目后期。当前汽车开发周期目标都缩短至两年以内，这种延迟压缩了集成时间窗口，带来量产（SOP）延期风险。唯一具备可扩展性的路径，是将开发与验证流程迁移至虚拟硬件在环（vHiL）和软件在环（SiL）环境，通过快速、精确、高保真且基于云的虚拟原型实现这一转变。

这些虚拟原型释放了多项对行业至关重要的能力：

• 在物理芯片或ECU尚未推出之前，即可提前进行软件初始化与Bring-up。

• 支持OEM、一级供应商及半导体团队之间的持续验证与集成。

• 基于统一的计算环境，实现可扩展的vHiL与SiL自动化测试。

• 提供共享的协作平台，避免依赖分散、割裂的供应商工具链。

02. 电子数字孪生的定义与价值

“数字孪生”是对物理产品、系统或环境进行虚拟呈现的技术，使大规模、全面的测试、验证与优化成为可能。电子数字孪生是虚拟模型，它不仅呈现产品的电子硬件，还包括定义其行为的嵌入式软件。电子数字孪生能够将完整的电子架构虚拟化——捕捉芯片、传感器、处理器与软件之间的交互，以及它们与真实环境之间的互动。

电子数字孪生为汽车行业带来了显著优势：使整车厂、一级供应商以及半导体厂商能够在物理原型尚未存在之前，就对日益复杂的软件定义汽车系统进行虚拟设计、集成与验证。具体包括：

• 系统级建模：能够对完整的汽车电子架构进行建模，包括区域控制器、中央计算单元、通信总线以及传感器网络。

• 互操作性与开放标准：基于开放标准的数字孪生框架，使第三方组件无缝集成、供应商协同更加顺畅。

• 跨领域集成：可以与物理数字孪生（如空气动力学模型）相互连接，实现电子、机械与环境因素的联合仿真。

• 可扩展验证与持续改进：支持汽车全生命周期内的持续验证，包括OTA更新测试、量产后的诊断与维护。

• 供应链生态赋能：整车厂、一级供应商以及半导体企业可以在物理集成之前，对各自组件和系统级交互进行验证。

  

  图2：新思科技面向汽车行业的电子数字孪生

03. 新思科技汽车电子数字孪生平台

图3：新思科技电子数字孪生平台架构

新思科技汽车电子数字孪生平台是一个基于云端的工具链，用于构建支持生态系统协同与可扩展性的软件开发与验证工作流程。该平台提供工具与能力，可用于创建满足客户需求、可灵活调节的端到端工作流程。其可视化层与核心虚拟化服务能够支持交互式与可自动化的验证应用场景。平台集成了多种工具，包括但不限于新思科技Virtualizer、新思科技Silver和新思科技TPT，这些工具均基于SILKit集成背板实现互操作性。同时，该平台还支持与第三方IP、工程工具、仿真器、虚拟ECU（VECU）等进行集成，从而促进供应商独立性。

最终，电子数字孪生平台构成了一个完整的工具链，可用于创建高精度的多ECU仿真环境，适用于包括软件开发、集成与验证在内的多种用途。

云端托管的虚拟原型与eDT Labs完全托管、随时可用的自助式工具链，消除了本地安装、复杂授权以及分散式支持的负担。传统上，半导体公司以工具链套件的形式提供虚拟模型，导致OEM和一级供应商的终端用户必须在本地电脑上手动安装、配置并集成所有内容——这是一个既费时又容易出错的过程。

eDT Labs（即用型开发工作空间） 是集生态系统工具、虚拟原型以及云端资源于一体的完整、即开即用的开发工作空间。半导体供应商可以将这些实验室提供给其客户，用于虚拟MCU或SoC的评估、早期软件Bring-up，以及更广泛的生态系统协作。作为一种托管式的软件即服务（SaaS）平台，eDT Labs为构建以应用场景为驱动、具有可扩展性的工程工作流程提供了灵活基础，用户可直接通过浏览器访问。

每个eDT Lab均预先配置了所有必需的生态系统工具、许可证、配置、工具集成以及参考源代码，以支持目标工作流程。用户可以上传、开发和修改软件，使用生态系统合作伙伴工具（如编译器与调试器），并执行全面的硅前虚拟系统评估。

图4：电子数字孪生平台运行方式

基于积分的客户参与模式：半导体供应商通过按使用量计费（pay-per-use）的模式邀请潜在客户和现有客户访问eDT Lab。这种方式使半导体供应商能够更早触达更多客户，并通过基于积分的系统来分配和管理成本。这一模式带来了多项核心优势：

• 更快的客户评估周期

• 降低对稀缺硬件样品的依赖

• 通过统一的云平台，实现面向全球工程团队的可扩展交付

• 强化安全性，因为无需对外分发或安装二进制文件和工具

图5：eDT Lab基于云的管理能力示例

04. 典型应用场景

场景1：使用VECU与电子数字孪生平台进行ADAS功能验证

两个ADAS软件团队分别负责车道检测和自适应巡航控制，需要同时对其各自的功能进行测试。传统上，如果每个团队各自独立测试ECU软件，集成问题可能会在后期才暴露，导致系统集成期间出现意外错误，造成SOP延迟。

通过使用电子数字孪生平台，两个团队将其软件集成到共享的云端SiL环境中，以模拟真实驾驶条件，包括紧急制动和驾驶员输入等场景。在统一的数字孪生环境中协同验证车道检测与自适应巡航控制功能，集成缺陷能够及早发现并解决，软件可在多种汽车版本和多场景下进行测试，发布周期加快，开发成本降低。

场景2：基于云的混合关键级别SoC评估与早期软件开发

某汽车整车厂正与一家领先的半导体合作伙伴共同开发下一代车型，这些车型将把ADAS和车载信息娱乐系统（IVI）集成到单一的域融合SoC上。传统上，OEM在访问和评估新SoC方面面临重重挑战，限制了早期软件开发以及软硬件协同集成。

一家半导体厂商使用电子数字孪生平台，构建基于云端的电子数字孪生实验室工作空间。为全新域融合SoC创建的电子数字孪生实验室，使整车厂能够：

• 远程访问虚拟原型：OEM团队登录基于云端的VDK平台，与精准的SoC虚拟模型进行交互。

• 提前开展软件编译、烧录、运行、调试与测试：开发者可在VDK环境中构建、部署并调试ADAS与IVI软件栈，无需等待物理芯片。

• 协作与维护：云端方案确保虚拟原型始终保持最新状态，并提供必要的支持渠道以进行问题排查与更新。

通过在云端环境中使用虚拟模型，汽车工程团队可以在物理芯片样品尚未存在之前，就开始进行评估、软件Bring-up、驱动验证与调试。无需等待芯片，工程师能够提前多达12个月开展实质性的开发工作。

05. 分阶段采用路径

汽车工程团队能够按照结构化分阶段流程逐步推进：

阶段1——评估：终端用户使用虚拟原型开展基础的MCU/SoC评估，包括在预配置环境中编译软件、烧录镜像、运行任务负载以及调试应用程序。

阶段2——采用：虚拟原型将直接集成到持续集成/持续部署、持续改进/持续交付（CI/CD）流水线中，使团队能够在最早阶段持续验证依赖硬件的软件层，包括BSP、驱动程序以及RTOS集成等。

阶段3——工具链扩展：当虚拟原型包含客户完整的软件栈后，它们可以扩展集成第三方工具，例如测试自动化、接口/总线协议分析工具或软件标定工具。结合SILKit可以创建跨域、多vECU的电子数字孪生，支持在更大规模的集成系统环境中进行开发与测试。

06. 总结

新思科技汽车电子数字孪生平台使半导体供应商、OEM和一级供应商能够通过云端访问高保真虚拟MCU/SoC原型，加速处理器评估和早期软件开发。随着汽车电子系统日益复杂、开发周期不断压缩，该平台通过允许工程团队在芯片尚未流片前的数个月就开始评估、Bring-up、调试以及系统集成，从而消除传统硬件瓶颈。通过全面托管的eDT Labs、统一的工作流程以及自动化的客户上线机制，平台简化了整个生态系统的协作，消除了本地工具链配置需求，并支持可扩展的、基于CI/CD的验证流程。最终结果是更快的客户互动、更低对稀缺硬件的依赖，以及更短的新一代软件定义汽车的上市周期。

汽车行业的未来将是数字化、智能化与协同化的——依托电子数字孪生，这一愿景已唾手可得。

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