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西門子數(shù)字化工業(yè)軟件全球高級副總裁兼大中華區(qū)董事總經(jīng)理 梁乃明

今天全球產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一場 “軟件定義”的變革，其不僅重塑了產(chǎn)品的形態(tài)與功能，更為企業(yè)創(chuàng)新開辟了全新疆域。

以汽車行業(yè)為例，遠(yuǎn)程軟件更新已經(jīng)成為常態(tài)——它能提升車輛性能、引入全新功能，無需用戶前往服務(wù)中心即可修復(fù)問題。這種基于軟件定義的車輛平臺，既精準(zhǔn)解決了用戶痛點(diǎn)，又通過持續(xù)的功能迭代創(chuàng)造出獨(dú)特的產(chǎn)品差異化優(yōu)勢，重新定義了行業(yè)競爭的核心維度。

本文將深入探討軟件定義開發(fā)如何顛覆企業(yè)的產(chǎn)品與系統(tǒng)研發(fā)模式，以及全面數(shù)字孿生如何支撐這些新型開發(fā)方法——尤其通過電子設(shè)計(jì)自動化、軟件與系統(tǒng)之間的數(shù)字主線實(shí)現(xiàn)無縫連接，構(gòu)建起適應(yīng)新時(shí)代的開發(fā)范式。

“軟件定義”下的復(fù)雜性挑戰(zhàn)

軟件定義產(chǎn)品的開發(fā)面臨著前所未有的復(fù)雜性。軟件功能的任何微小調(diào)整，都可能引發(fā)連鎖反應(yīng)。例如，電動汽車車載軟件的行為優(yōu)化可能改變計(jì)算平臺的功耗特性，進(jìn)而影響整車?yán)m(xù)航里程；若續(xù)航變化達(dá)到顯著程度，甚至可能倒逼電池尺寸重新設(shè)計(jì)，乃至整車物理布局的調(diào)整。

“軟件定義”增加了產(chǎn)品子系統(tǒng)之間的互連性。

在電動汽車中，軟件的更改甚至可能會加速電池組尺寸和包裝的設(shè)計(jì)更改。（圖片來源：西門子）

對軟件開發(fā)與差異化的高度聚焦深深影響著研發(fā)項(xiàng)目的架構(gòu)，尤其是為軟件特性提供算力支撐的半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。在傳統(tǒng)模式中，企業(yè)往往選用符合基本要求的現(xiàn)成芯片，軟件研發(fā)往往受制于通用硬件平臺的能力邊界。而隨著軟件系統(tǒng)復(fù)雜度與戰(zhàn)略重要性的雙重提升，越來越多的企業(yè)開始尋求定制化半導(dǎo)體解決方案——既能適配特定軟件工作負(fù)載，又能支持硬件與軟件的協(xié)同設(shè)計(jì)。

過去，定制芯片開發(fā)因周期長、成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，對多數(shù)企業(yè)而言遙不可及。如今，半導(dǎo)體制造商通過異構(gòu)集成等關(guān)鍵創(chuàng)新大幅縮短開發(fā)周期，使他們能夠?qū)⑿詢r(jià)比優(yōu)異的現(xiàn)成技術(shù)與更小、更經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險(xiǎn)更低的定制芯片模塊有機(jī)結(jié)合，在性能與成本之間找到最佳平衡點(diǎn)。

數(shù)字孿生賦能全域軟件驅(qū)動型開發(fā)

除了半導(dǎo)體器件與模塊，復(fù)雜系統(tǒng)制造商還需要統(tǒng)籌考慮多個(gè)子系統(tǒng)的并行開發(fā)與集成，包括：軟件應(yīng)用程序及底層基礎(chǔ)功能，包含數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的電氣與電子系統(tǒng)，以及機(jī)械組件與結(jié)構(gòu)。

（圖片來源：西門子）

要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅需要整合多元化的工程技術(shù)與解決方案，更要將其無縫融合為協(xié)調(diào)統(tǒng)一、體驗(yàn)卓越且用戶友好的終端產(chǎn)品。更具挑戰(zhàn)的是，企業(yè)必須在預(yù)算持續(xù)壓縮、周期不斷收緊的雙重壓力下完成這項(xiàng)任務(wù)，才能在白熱化的市場競爭中占據(jù)先機(jī)。

這些壓力倒逼企業(yè)構(gòu)建互聯(lián)、敏捷、協(xié)同的新型開發(fā)體系，促進(jìn)跨職能團(tuán)隊(duì)間的信息無縫流動；同時(shí)要求加大數(shù)字化投入，打造覆蓋產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字孿生。這種覆蓋復(fù)雜產(chǎn)品或系統(tǒng)的全面數(shù)字孿生，通過數(shù)字主線技術(shù)實(shí)現(xiàn)所有產(chǎn)品模型與數(shù)據(jù)的貫通，為開發(fā)者提供了統(tǒng)一的可視化平臺，清晰呈現(xiàn)軟件層、電子架構(gòu)與機(jī)械組件間的多維耦合關(guān)系。這種實(shí)時(shí)同步機(jī)制，有效規(guī)避了傳統(tǒng)開發(fā)中高昂的協(xié)同延遲成本，確保產(chǎn)品每個(gè)維度的演進(jìn)都始終與動態(tài)需求及法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的迭代保持同步。

供應(yīng)鏈經(jīng)理、軟件工程師與機(jī)械設(shè)計(jì)師能在共享的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)互動，簡化驗(yàn)證流程，確保任何修改都不會引入未預(yù)見的復(fù)雜性。通過在產(chǎn)品數(shù)字孿生上進(jìn)行早期工藝規(guī)劃、建模與驗(yàn)證，還能顯著提升制造準(zhǔn)備度。這種全域協(xié)同方法降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高了研發(fā)效率，使企業(yè)能夠更快地將高質(zhì)量、尖端產(chǎn)品推向市場。

半導(dǎo)體虛擬化開啟左移開發(fā)新紀(jì)元

對于軟件定義的產(chǎn)品或系統(tǒng)而言，半導(dǎo)體開發(fā)與驗(yàn)證流程的虛擬化同樣至關(guān)重要。在傳統(tǒng)模式下，軟件團(tuán)隊(duì)必須等待物理硬件原型就緒才能開展測試，這不僅拖慢開發(fā)周期，更會放大項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。如今，數(shù)字化為半導(dǎo)體架構(gòu)的虛擬化鋪平了道路，實(shí)現(xiàn)了軟件開發(fā)與硬件開發(fā)的解耦，使軟件開發(fā)能夠在實(shí)體半導(dǎo)體器件投入制造前就全面啟動——而這正是軟件定義時(shí)代“左移”策略的核心要義。

半導(dǎo)體架構(gòu)的虛擬化使硬件與軟件團(tuán)隊(duì)能在虛擬空間中協(xié)同工作，真正實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)的“左移”。

（圖片來源：西門子）

這種虛擬化技術(shù)讓團(tuán)隊(duì)能夠在系統(tǒng)未完全集成的情況下，提前解決軟件與硬件之間的依賴關(guān)系。隨著半導(dǎo)體模型在開發(fā)過程中不斷提升保真度，軟件團(tuán)隊(duì)可以持續(xù)更新應(yīng)用程序以匹配預(yù)期的半導(dǎo)體性能，最大限度減少集成階段的錯(cuò)誤。這一能力還有助于企業(yè)充分發(fā)揮異構(gòu)集成半導(dǎo)體的優(yōu)勢——通過優(yōu)化處理器核心、內(nèi)存配置和接口，精準(zhǔn)適配不斷演進(jìn)的計(jì)算需求，同時(shí)控制成本。

此外，互聯(lián)的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)確保了軟件與半導(dǎo)體規(guī)格的每一次更新，都能即時(shí)反映在系統(tǒng)的全面數(shù)字孿生中。當(dāng)軟件與半導(dǎo)體配置逐漸成熟時(shí)，電氣和機(jī)械團(tuán)隊(duì)可以基于最新信息開展設(shè)計(jì)工作，充分考量軟件變化可能對其負(fù)責(zé)的系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，形成全域協(xié)同的研發(fā)閉環(huán)。

軟件定義產(chǎn)品的影響力日益增長，對軟件的高度依賴也帶來了新的復(fù)雜性，這就要求企業(yè)必須采用集成的開發(fā)方法。隨著軟件與半導(dǎo)體的進(jìn)一步融合，定制化半導(dǎo)體解決方案的需求也迎來增長——為特定工作負(fù)載優(yōu)化計(jì)算能力已成為市場競爭的關(guān)鍵。數(shù)字化，特別是全面數(shù)字孿生，已成為管理這些相互依賴環(huán)節(jié)的核心工具，支持跨職能團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)作與驗(yàn)證，幫助企業(yè)在未來的產(chǎn)業(yè)格局中占據(jù)制高點(diǎn)。