中金:鸿蒙待发 生态将兴
2021-06-02 08:29 星期三
中金点睛

鸿蒙OS:做面向万物互联的新一代开源开放操作系统

一、华为鸿蒙的愿景:实现万物互联,以鸿蒙为支点发力软件生态

华为鸿蒙系统(HUAWEI HarmonyOS),是一款面向万物互联新时代的,微内核、全场景、分布式的操作系统。其首创将分布式架构用于终端OS,提出分布式软总线、硬件能力虚拟化等核心技术,倍受瞩目。架构是实现愿景的方法,在解读鸿蒙系统的架构之前,我们希望先花一些篇幅讲述华为鸿蒙的愿景,从何而起,向何而去。

华为以鸿蒙为支点发力软件生态,以期实现软硬件双轮驱动。华为一直是推动国产软硬件发展的先行者。硬件层面,1991年成立ASIC设计中心,2004年成立海思半导体,近30年发展,核心研发麒麟手机SoC芯片、鲲鹏服务器芯片、昇腾AI芯片等。然而在国际局势变化,相关供应链受限,短期硬件制造受阻的客观条件下,华为大力聚焦软件根技术突破、发展软件生态,鸿蒙操作系统被寄予厚望。

鸿蒙的目标不是替代安卓,其愿景是实现万物互联。随着5G、物联网时代的到来,联网终端种类快速拓展、数量成倍增长,传统操作系统存在软件生态封闭、无法跨终端共享、代码冗余、安全性欠缺等问题。对于IoT硬件厂商而言,由于没有统一的统信标准、接口,不同厂商的产品割裂,下游消费者需要下载大量APP、步骤繁琐、体验不佳。市场需要一个开放的新生态、一个面向万物互联新时代的下一代操作系统,这也正是华为鸿蒙的目标。

图表:传统OS与硬件绑定、生态无法共享;下一代OS与硬件解绑、生态共享,真正实现万物互联

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资料来源:华为开发者大会、中金公司研究部

二、华为鸿蒙的特点:微内核、分布式、生态共享,助力万物互联

我们认为鸿蒙OS的创新架构是为了万物互联愿景所服务的。华为鸿蒙采用微内核,并首次将分布式架构应用于终端OS,实现模块化解耦,对应不同设备可弹性部署,具有分布架构、微内核、生态共享三大特点。当前鸿蒙架构中仍然保留了Linux内核,用以在生态建立初期的过渡阶段直接兼容安卓应用,未来应用生态完善成熟后,则可完全依赖鸿蒙微内核。

图表:鸿蒙OS整体架构

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资料来源:华为开发者大会、中金公司研究部

分布架构

鸿蒙分布式OS拥有分布式软总线技术、虚拟外设、分布式数据管理、分布式能力调度四大能力:

分布式软总线:是手机、平板、智能穿戴、智慧屏、车机等分布式设备的通信基座,为设备之间的互联互通提供了统一的分布式通信能力,为设备之间的无感发现和零等待传输创造了条件。

虚拟外设:硬件能力形成虚拟化资源池,实现不同设备之间的硬件能力共享。针对不同类型的任务,为用户匹配并选择能力合适的执行硬件,让业务连续地在不同设备间流转,充分发挥不同设备的能力优势,如显示能力、摄像能力、音频能力、交互能力以及传感器能力等。

图表:分布式软总线核心技术——极简协议

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资料来源:华为开发者大会、中金公司研究部

图表:硬件虚拟化资源池实现跨终端能力共享

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资料来源:华为开发者大会、中金公司研究部

►分布式数据管理:基于分布式软总线的能力,实现应用程序数据和用户数据的分布式管理。用户数据不再与单一物理设备绑定,业务逻辑与数据存储分离,跨设备的数据处理如同本地数据处理一样方便快捷。

►分布式能力调度:基于分布式软总线、分布式数据管理等技术特性,支持对跨设备的应用进行远程启动、远程调用、远程连接以及迁移等操作,能够根据不同设备的能力、位置、业务运行状态、资源使用情况,以及用户的习惯和意图,选择合适的设备运行分布式任务。

图表:分布式数据管理实现

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资料来源:华为鸿蒙官网、中金公司研究部

图表:分布式能力调度

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资料来源:华为鸿蒙官网、中金公司研究部

分布式对万物互联的意义:分布式可以实现不同终端设备之间的快速连接、硬件能力共享,并进行跨设备数据同步管理和任务调度。对于应用开发者而言,实现应用程序的开发与不同终端设备的形态差异无关,使其能够聚焦上层业务逻辑,更加便捷、高效地开发应用;对于终端消费者而言,可以实现不同的终端设备之间的快速连接、能力互助、资源共享,匹配合适的设备、提供流畅的全场景体验。

微内核

微内核简化功能、模块化带来更高的灵活性、安全性。微内核设计的基本思想是简化内核功能,只提供最基础的服务,比如线程调度,进程通信等,而把更多的系统服务(例如文件系统、内存管理、设备驱动等)放到用户态应用,形成一个个服务,等待其他应用的请求。相较于宏内核,微内核的模块化带来了更大的灵活性、可扩展性和可移植性。同时,由于微内核天然无需Root权限,而外核服务之间相互隔离,权限控制颗粒度更细,因此能够提升系统整体安全性。

图表:微内核功能简化、模块化,各模块之间通过进程间通信(IPC)互相联系

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资料来源:CSDN、中金公司研究部

图表:鸿蒙微内核设计,提升系统整体安全性

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资料来源:华为开发者大会、中金公司研究部

鸿蒙微内核的流畅性同样有保障。以往的微内核系统,由于进程间通信的速度较慢以及由此导致的地址空间切换过于频繁,牺牲了一定的性能,而鸿蒙通过确定时延引擎和高性能IPC技术,确保交互体验流畅

确定时延引擎:安卓沿用Linux内核调度机制,是面向服务器负载的公平调度模式,对不同时延要求的任务无差异处理,可以形象理解为不区分快、慢车道的原始马路,低时延要求任务可能会被“堵在路上”,速度无法保障。而鸿蒙的确定时延引擎,会进行负载实时分析预测,匹配应用特征实现资源精准调度,从而保障用户体验流畅。

高性能IPC技术:在2019年的开发者大会上,当时鸿蒙1.0系统的微内核IPC性能已经达到了谷歌Fuchsia系统5x的水平及QNX系统3x的水平。

微内核对于万物互联的意义:在微内核结构中,所有与特定CPU和I/O设备硬件有关的代码,均放在内核及内核下的硬件隐藏层中,外核中的各种服务均与硬件平台无关,因而能灵活适配各种硬件设备。此外,由于微内核OS中,各模块之间通过进程间通信(IPC)互相联系,致使微内核OS能很好地支持分布式系统和网络系统。

生态共享

万物互联时代,多设备为应用开发者带来挑战,需要适配不同的屏幕大小与硬件能力,开发并维护多个APP版本,鸿蒙OS可以借助统一IDE一次开发,多端部署,实现跨终端生态共享。

HUAWEI DevEco:面向华为终端全场景多设备的一站式分布式应用开发平台,支持分布式多端开发、分布式多端调测、多端模拟仿真和全方位的质量与安全保障。

方舟编译器:统一编程平台,包含编译器、工具链、运行时等关键部件,支持多种编程语言、多种芯片平台的联合编译与运行,能够有效解决安卓程序“边解释边执行”的低效率问题。

HMS为鸿蒙应用生态保驾护航。HMS(HUAWEI Mobile Service,华为移动服务),对标GMS(Google Mobile Service),是华为为其设备生态系统提供的一套应用程序和服务,包含直接面向消费者的HMS Apps(如华为应用市场、华为钱包、华为视频、华为音乐、华为阅读等基础应用)和面向应用开发者的HMS Core、HMS Capabilities、HMS Connect及配套开发测试的IDE工具等。

HMS与鸿蒙OS的关系如下图所示,理论上第三方应用开发可以直接基于鸿蒙OS的API而不完全需要用到HMS(与安卓生态类似,理论上可以直接使用安卓的API而不依赖于GMS进行开发)。值得注意的是,HMS同样支持安卓操作系统,并且开发者基于HMS开发应用后,未来从安卓系统向鸿蒙系统切换时,将无需修改,兼容性问题由HMS解决、对开发者透明。

图表:HMS包含基础软件及开发者工具,为鸿蒙应用生态保驾护航

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资料来源:华为终端、中金公司研究部

三、华为鸿蒙的路线:沿革“1+8+N”战略,坚持开源、开放

鸿蒙的发展历史:华为自2012年起规划自有操作系统“鸿蒙”;鸿蒙1.0于2019年正式亮相,并率先适配华为智慧屏产品;2020年9月,鸿蒙升级至2.0版本,同时发布面向大屏、手机、车机的beta测试版;同年12月16日,鸿蒙2.0 Beta测试手机版正式发布;今年4月以来鸿蒙在部分华为机型上陆续进行了两轮公测;5月25日华为对外公布,计划将在6月2日正式举办鸿蒙产品发布会,此前只用于智慧屏、可穿戴设备等产品的鸿蒙操作系统未来也将在更多产品品类上使用,鸿蒙系统正式开启规模化推送。

图表:鸿蒙发展历程

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资料来源:华为开发者大会、中金公司研究部

鸿蒙OS的落地路线:“1+8+N”。“1”指手机,是IoT时代的入口,“8”包括PC、平板、智慧屏、音响、手环、手表、车机、耳机八大华为自研产品,“N”则包括众多生态合作伙伴的IoT产品,涵盖移动办公、智能家居、运动健康、影音娱乐及智能出行五大板块。我们认为未来鸿蒙将作为统一的操作系统,适配1+8+N生态中的各种硬件设备,实现全场景、跨设备的互联智慧生活。

图表:“1+8+N”战略打造全场景智慧生活

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资料来源:华为开发者大会,中金公司研究部

鸿蒙OS落地进度:2019年8月鸿蒙1.0首先应用于智慧屏产品;2020年9月,发布搭载鸿蒙2.0的手表Watch GT2 Pro;2021年4月,车机操作系统首次亮相于上海车展;6月2日将正式发布鸿蒙手机操作系统,同时发布搭载鸿蒙操作系统的首款平板产品。生态合作伙伴方面,华为已经与包括美的、九阳、老板等在内的众多头部IoT厂商合作推出搭载鸿蒙系统的相关产品。计划2021年底,搭载鸿蒙系统的设备数量将达到三亿,其中华为自有设备占2亿,生态合作伙伴的设备数量为1亿。

图表:国外厂商OS冗余、分裂、封闭等缺点显现,华为采用微内核并首创分布式架构用于终端OS

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资料来源:华为开发者大会、中金公司研究部

鸿蒙坚持开源、开放,积极构建生态。在2020年9月华为开发者大会上,华为正式宣布鸿蒙开源,并将OpenHarmony(开源鸿蒙)捐献给开放原子开源基金会,基金会组织亿咖通、华为终端、京东集团、解放号(中软国际)、润和软件、博泰悦臻电子、中科院软件研究所七家单位共同成立OpenHarmony项目群工作委员会,进行开源项目管理运营。目前OpenHarmony1.0版本仅面向内存128KB-128MB的终端产品,我们预计今年公司将按照既定计划进一步面向128MB-4GB设备开源。

鸿蒙赋能硬件厂商与应用厂商,为其提供完整开发平台与相关工具链。为了更好地打造鸿蒙生态,华为给予开发者、硬件厂商全力支持。面向应用开发者层面,华为鸿蒙持续在应用框架、API接口、编译器、工具、IDE等方面投入;对于硬件厂商,可选择分布式SDK、使用开源代码或申请定向代码的多种方式加入,并提供开发版/模组和一站式开发环境支持。

图表:鸿蒙为应用开发者、硬件厂商构建完整开发平台与工具链生态

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资料来源:华为开发者大会、中金公司研究部

目前,鸿蒙操作系统生态已经发展了1,000+个智能硬件合作伙伴,50+个模组和芯片解决方案合作伙伴,同时正在与全球排名前200的App厂商沟通合作,共同开发跨终端设备的应用。未来,华为计划将进一步通过助力人才培养、提供开发环境支持、构建开发社区的方式,吸引更多开发者、供应链硬件厂商加入,共同打造鸿蒙生态。而我们认为鸿蒙生态的繁荣也将反哺国产软硬件厂商,助力国产软硬件生态整体的繁荣。

四、华为鸿蒙的意义:从三层来理解

具体到投资层面,我们认为华为鸿蒙生态的构建,首先将直接受益参与鸿蒙研发建设的供应商,基于HMS提供应用服务的开发者也是鸿蒙应用生态中不可或缺的一环;同时,鸿蒙生态作为华为软硬件双轮驱动战略中的“联接者”,将间接利好华为大生态的其他合作伙伴;而华为作为国产软硬件大生态中的弄潮儿和先行者,将进一步助力软硬件层面的国产化,推动国产软硬件生态的繁荣

图表:鸿蒙生态伙伴直接受益,进一步带动华为生态、国产软硬件生态繁荣

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资料来源:中金公司研究部

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