軟件定義產(chǎn)品是指一個產(chǎn)品系統(tǒng)的核心功能和行為主要由軟件來控制和定義，而不是完全依賴硬件。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品系統(tǒng)中需要靠固定的硬件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)功能，而在軟件定義系統(tǒng)中，硬件更像是一個“通用平臺”，真正的“聰明”部分由軟件來實(shí)現(xiàn)，這樣整個系統(tǒng)更靈活，而且能夠隨軟件功能的更新不斷提升設(shè)備的自我價值。

想象我們小時候用的一臺老式收音機(jī)，它的頻道和音量是通過物理旋鈕固定的，功能很有限?，F(xiàn)在我們家中換成一臺智能音箱（比如小愛音箱或小度小度），硬件是麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器等，但它的功能（播放音樂、查天氣、控制家電）是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的。你可以通過更新軟件增加新功能，比如讓它學(xué)會講笑話、唱歌，而不需要換硬件。這就是“軟件定義系統(tǒng)”。

所以“軟件定義產(chǎn)品”并不是一個新的概念，而是由來已久。尤其是從功能手機(jī)到智能手機(jī)的成功轉(zhuǎn)型，讓人們看到軟件定義系統(tǒng)的潛力，但過去受限于技術(shù)，軟件定義的概念主要局限在手機(jī)、電腦這樣的消費(fèi)電子領(lǐng)域。而現(xiàn)在，隨著端側(cè)計(jì)算能力、通信能力和AI基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)進(jìn)步，讓這個概念可以擴(kuò)展到更多復(fù)雜的系統(tǒng)，比如汽車、工廠、甚至城市基礎(chǔ)設(shè)施等。

尤其是汽車行業(yè)正在經(jīng)歷從“機(jī)械驅(qū)動”到“軟件驅(qū)動”的巨大轉(zhuǎn)變，這讓“軟件定義產(chǎn)品”這個概念被推到聚光燈下。而軟件定義產(chǎn)品，即存在著機(jī)遇，也向傳統(tǒng)設(shè)備開發(fā)者們提出了新的挑戰(zhàn)。如何應(yīng)對這一挑戰(zhàn)？在近日MathWorks在北京舉辦的2025 MATLAB EXPO上，MathWorks全球行業(yè)總監(jiān) Arun Mulpur發(fā)表了題為“從嵌入式到賦能：軟件定義產(chǎn)品的崛起”的主題演講，并且接受了21ic在內(nèi)的多家媒體采訪。

MathWorks全球行業(yè)總監(jiān) Arun Mulpur

軟件定義產(chǎn)品的本質(zhì)和復(fù)雜性

軟件定義產(chǎn)品正在成為我們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)應(yīng)用的核心驅(qū)動力。從智能手機(jī)到家用電器，再到汽車和醫(yī)療設(shè)備，軟件在產(chǎn)品功能和用戶體驗(yàn)中的作用日益顯著。與傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)相比，軟件定義產(chǎn)品通過軟件賦予系統(tǒng)靈活性、可擴(kuò)展性和持續(xù)優(yōu)化的能力。尤其是在汽車領(lǐng)域，軟件定義汽車（Software-Defined Vehicle，SDV）通過軟件實(shí)現(xiàn)自動駕駛、個性化體驗(yàn)和性能優(yōu)化。這種從“嵌入式”到“賦能”的轉(zhuǎn)變，標(biāo)志著產(chǎn)品不再是靜態(tài)的硬件實(shí)體，而是可以通過軟件持續(xù)進(jìn)化的動態(tài)系統(tǒng)。

那么產(chǎn)品是如何為軟件定義的呢？這里面包含了三大核心。即“現(xiàn)代軟件實(shí)踐”、“數(shù)據(jù)驅(qū)動的功能”、“利用云”，這三大核心由軟件進(jìn)行定義，從而構(gòu)建具備可靠性、符合功能安全目標(biāo)、且包含全部物理組件的系統(tǒng)。

首先在“現(xiàn)代軟件實(shí)踐”中，可以通過自動化工具（如CI/CD流水線）實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)和頻繁更新，縮短開發(fā)周期。其次，在“數(shù)據(jù)驅(qū)動”部分，開發(fā)者需要利用實(shí)時數(shù)據(jù)和云集成提供洞察力，支持持續(xù)優(yōu)化。例如，軟件定義汽車通過傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時調(diào)整駕駛模式或電池管理策略。最后在“云端支持”部分，需要通過云端實(shí)現(xiàn)OTA更新和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理，使系統(tǒng)能夠在運(yùn)行時持續(xù)改進(jìn)。這三大軟件定義的開發(fā)流程層層遞進(jìn)，使得軟件定義產(chǎn)品能夠快速響應(yīng)市場需求，提供個性化和可持續(xù)的功能。例如，汽車制造商可以通過訂閱服務(wù)提供新的駕駛模式或娛樂功能，創(chuàng)造新的收入來源，同時提升用戶體驗(yàn)。

軟件定義產(chǎn)品需要將系統(tǒng)工程（SystemEngineering）和軟件工程（Software Engineering）緊密結(jié)合。然而，這種融合面臨重大挑戰(zhàn)，因?yàn)閮烧呱婕安煌乃季S方式、工具鏈和工作流程。Arun強(qiáng)調(diào)，MathWorks的工具（如MATLAB和Simulink）通過基于模型設(shè)計(jì)（Model-Based Design，MBD）提供了一個“數(shù)字線程”（Digital Thread），連接需求、架構(gòu)、功能、實(shí)現(xiàn)和測試，實(shí)現(xiàn)了無縫的開發(fā)工作流程。

例如，在汽車開發(fā)中，Simulink和Stateflow可用于建模整個系統(tǒng)的行為，SimscapeBattery則專門用于電池驅(qū)動設(shè)備的建模。MathWorks一直持續(xù)致力于拓展這一領(lǐng)域的關(guān)鍵能力，提供了包括SimscapeElectrical、Motor Control Blockset和SimscapeBattery在內(nèi)的一系列模型，這些模型不僅支持仿真和驗(yàn)證，還能自動生成優(yōu)化的代碼，部署到嵌入式目標(biāo)上。這種集成能力使開發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠高效應(yīng)對復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的挑戰(zhàn)。

此外，為了支持軟件定義系統(tǒng)的開發(fā)，MathWorks提供了開放的API和與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的集成，如AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）和ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）。這些工具允許開發(fā)者將MATLAB和Simulink與現(xiàn)有工作流程無縫結(jié)合，提高可擴(kuò)展性和可靠性。例如，與恩智浦（NXP）、英飛凌（Infineon）、高通（Qualcomm）等合作伙伴的協(xié)作，使得開發(fā)者可以在硬件電路尚未就緒時就開發(fā)軟件，縮短迭代周期。

接下來，讓我們從“現(xiàn)代軟件實(shí)踐”、“數(shù)據(jù)驅(qū)動的功能”、“利用云”的三大核心出發(fā)，看看MathWorks如何行業(yè)客戶應(yīng)對軟件定義產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。

1-從仿真到虛擬化，將軟件開發(fā)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行融合

在軟件定義產(chǎn)品的生命周期中，軟件被快速開發(fā)、頻繁發(fā)布、自動化的部署到了產(chǎn)品系統(tǒng)中。但隨著產(chǎn)品和系統(tǒng)中軟件內(nèi)容的增加，這也將會影響到整個系統(tǒng)開發(fā)的工作。系統(tǒng)和軟件的結(jié)合是一個巨大的機(jī)會，因?yàn)橥ㄟ^對齊思維方式和方法、工具和工作流程，軟件工程和系統(tǒng)工程之間的協(xié)作可以解鎖新的優(yōu)化水平。

但是這必須確保系統(tǒng)工程師們和軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)都處在同一個虛擬環(huán)境中。在傳統(tǒng)開發(fā)流程中，系統(tǒng)工程師對于完整系統(tǒng)、組件和場景有著更高的仿真細(xì)節(jié)要求；而當(dāng)進(jìn)入到了軟件定義產(chǎn)品的開發(fā)中，軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)并不特別需要如此高級別的模型復(fù)雜性。軟件開發(fā)者只需要一個虛擬環(huán)境，提供足夠的保真度來開發(fā)和測試他們的軟件。

Arun強(qiáng)調(diào)，這是一個微妙但重要的整合——將虛擬化與仿真結(jié)合，融入DevOps和CI/CD流水線，以提供非常完整的驗(yàn)證和驗(yàn)證平臺，以便工程團(tuán)隊(duì)能夠測試和驗(yàn)證，甚至在開發(fā)早期就進(jìn)行測試。

“MathWorks提供的功能，能夠幫助結(jié)構(gòu)工程師、電氣工程師、電子工程師，在做他的設(shè)計(jì)的時候，可以充分考慮軟件這部分影響，來幫助他做更好的設(shè)計(jì)。因?yàn)槲覀兲峁┫到y(tǒng)建模的能力，能夠幫助他在系統(tǒng)的環(huán)境下確定這部分設(shè)計(jì)的任務(wù)是不是合理，是不是合適，能夠做更好的優(yōu)化?！盇run解釋道。

2-引入AI，支持設(shè)計(jì)到多硬件平臺無縫部署

在“數(shù)據(jù)驅(qū)動的功能”的部分，Arun特別分享了MathWorks在AI領(lǐng)域的投入。MathWorks的AI工具涵蓋深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等多個領(lǐng)域，支持從設(shè)計(jì)到部署的無縫集成、自動化代碼生成以及對CPU、GPU和FPGA等多樣化硬件平臺的支持。

在多硬件平臺無縫部署方面，MathWorks提供代碼生成工具，能夠支持將模型和算法生成針對特定硬件的C、HDL、CUDA程序等，幫助開發(fā)者實(shí)現(xiàn)自動適配和部署。當(dāng)前也有越來越多的芯片廠商，和MathWorks建立了合作，提供了相應(yīng)的專有庫。那么開發(fā)者即使在MathWorks提供的平臺上，也可以享受到和原廠的開發(fā)環(huán)境中更一致的開發(fā)和部署體驗(yàn)，能夠獲得來自原廠的優(yōu)化過的庫的支持。這即保證了開發(fā)方式上更適用于當(dāng)前這種復(fù)雜系統(tǒng)定義帶來的問題；也讓MathWorks提供的這套開發(fā)流程也能夠滿足開發(fā)者對于嵌入式邊緣算力的高性能使用。

在開發(fā)框架方面，PyTorch和TensorFlow等開源框架在用戶中的廣泛采用。這一趨勢引發(fā)了關(guān)于AI模型治理和可追溯性的關(guān)鍵問題，MathWorks旨在解決這些挑戰(zhàn)。早前，MathWorks已支持與外部AI框架的協(xié)同執(zhí)行；自2025年起，一項(xiàng)重大進(jìn)步允許將PyTorch模型直接導(dǎo)入Simulink，從而實(shí)現(xiàn)宏操作，并通過其深度學(xué)習(xí)組合部署經(jīng)過認(rèn)證的AI模型。這些模型保持不變，以確保治理和可追溯性，同時被整合進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部署。

此外，MathWorks正在彌合AI、數(shù)據(jù)科學(xué)與需要穩(wěn)健系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程團(tuán)隊(duì)之間的差距。通過簡化PyTorch和MATLAB代碼的協(xié)同執(zhí)行實(shí)現(xiàn)，這大大促進(jìn)了數(shù)據(jù)科學(xué)家、工程師和IT部門之間的協(xié)作，提升了工作負(fù)載共享和整合效率。

值得注意的是，MATLAB還與Visual Studio Code的集成，而VS Code已被證實(shí)是廣受歡迎的AI驅(qū)動開發(fā)環(huán)境，這一協(xié)同作用使用戶能夠在熟悉的環(huán)境中利用AI代理生成MATLAB代碼，從而簡化產(chǎn)品開發(fā)。

3-云上完整環(huán)境：仿真、部署和發(fā)布一站式

假設(shè)一輛軟件定義的汽車，需要引入一種新駕駛模式——“運(yùn)動模式”，在不影響電池性能或續(xù)航里程的前提下提升加速性能。如何直接通過云端部署新功能，給所有的車輛實(shí)現(xiàn)OTA，而無需更改硬件？這就需要一個完整的云上開發(fā)環(huán)境，該環(huán)境中集合了仿真、開發(fā)、部署和發(fā)布等功能，而MathWorks正在就此與汽車行業(yè)的關(guān)鍵合作伙伴展開合作，例如提供生產(chǎn)ECU和車外網(wǎng)絡(luò)的廠商、提供虛擬處理器模型和仿真環(huán)境的Synopsys，以及提供云端擴(kuò)展性和集成的AWS等，多方共同致力于解決這一挑戰(zhàn)。

具體而言，MATLAB支持功能開發(fā)、仿真、CI/CD操作及模型檢查，覆蓋從代碼生成到交互式或基于CI的嵌入式部署的全流程。通過清晰的整合，用戶甚至可以在獲取ECU之前完成開發(fā)與部署，實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證與確認(rèn)的無縫銜接，例如與Android Automotive的整合，為客戶提供極致體驗(yàn)。本質(zhì)上，這種方式構(gòu)建了一個云端完整生產(chǎn)環(huán)境，大幅降低了開發(fā)過程中的風(fēng)險。

這種云端設(shè)計(jì)仿真的方式無需本地工作站即可實(shí)現(xiàn)高度可擴(kuò)展性，支持一次性完成數(shù)千次仿真，并通過自動化測試集成CI/CD，為無縫部署鋪平道路。這種“左移”開發(fā)模式能夠在運(yùn)行前檢測問題，顯著提升效率。而在運(yùn)行時，MathWorks通過Simulink直接連接軟件堆棧，支持目標(biāo)代碼執(zhí)行。例如，利用某公司的SUM-ID汽車消息協(xié)議，Simulink模型可實(shí)時發(fā)送和接收消息，并通過UnrealEngine實(shí)現(xiàn)可視化，展示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

此外，Arun又著重強(qiáng)調(diào)了對齊團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，系統(tǒng)工程師、平臺工程師和結(jié)構(gòu)工程師三大角色通過集成環(huán)境實(shí)現(xiàn)高效連接。平臺工程師常用的工具與MATLAB和Simulink的兼容性成為關(guān)注焦點(diǎn)。為此，MathWorks推出了一個中央存儲庫，匯集示例、代碼和文檔，方便用戶查找和應(yīng)用這些整合資源。同時，針對云端MATLAB冷啟動耗時12分鐘的問題，MathWorks通過優(yōu)化預(yù)熱技術(shù)將首次啟動時間縮短至1分鐘，后續(xù)啟動僅需25秒，顯著提升開發(fā)效率和協(xié)作流暢性。

結(jié)語

MathWorks正在全面賦能軟件定義產(chǎn)品的開發(fā)與部署。從將虛擬化與仿真結(jié)合以融入DevOps和CI/CD流水線，到通過AI工具和多硬件平臺支持實(shí)現(xiàn)無縫部署，再到構(gòu)建一站式云端開發(fā)環(huán)境，MathWorks為汽車等行業(yè)的復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)提供了高效解決方案。同時，其對團(tuán)隊(duì)協(xié)作和開發(fā)效率的優(yōu)化，如與Visual Studio Code的集成及云端冷啟動時間的顯著縮短，進(jìn)一步推動了系統(tǒng)工程與軟件工程的深度融合。隨著軟件定義產(chǎn)品趨勢的持續(xù)深化，MathWorks的創(chuàng)新工具鏈和開放生態(tài)無疑將助力更多行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化、靈活性和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。