華為于開發者大會發布基于微內核的全場景分布式鴻蒙操作系統，同時宣布方舟編譯器開源。從技術角度看，操作系統作為管理分配硬件資源、實現應用軟件功能的重要載體，技術含金量之高決定了其”金字塔尖“的地位。從生態角度看，操作系統廠商更是相應產業生態的主導者。鴻蒙操作系統的推出，對華為、對我國自主可控進程的意義不言而喻。

本期的智能內參，我們推薦申萬宏源的研究報告《華為鴻蒙操作系統全景解構》，全面解析鴻蒙操作系統的研發歷程，技術特點和華為“5G+IoT” 時代的野心。

七年沉淀，發力“鴻蒙”

1、ICT 領域之“大腦”，得系統者得天下

操作系統（OS，Operating System）是管理計算機軟硬件資源的“大腦”。常見 ICT系統包括硬件和軟件兩部分，軟件又可分為操作系統軟件和應用軟件。其中操作系統是介于硬件和應用軟件之間的一層重要部分，是管理分配硬件資源、實現應用軟件功能的重要載體。

操作系統在 ICT 領域扮演重要角色，其作用可從技術、生態兩方面佐證：

技術角度看，操作系統在程序運行的過程中起重要作用。 一般而言，軟件程序的運行需要四大要素：程序設計語言、編譯系統、操作系統、指令集。粗略理解：1）程序設計語言是編程的工具基礎，包括常見的 C、C++、Java、C#等；2）編譯系統的作用是將編寫好的程序語言“翻譯”成機器能夠識別的二進制碼；③操作系統是調度資源、執行程序的“大腦”；④指令集則決定了程序以何種方式來執行。

可作以下類比：硬件相當于高速公路、鐵路等基礎設施資源，軟件相當于駕駛員/旅客，而操作系統則相當于各種類型的交通工具。汽車、火車等交通工具借助公路、鐵路等基礎設施得以行駛，駕駛員/旅客在交通工具上方能到達不同目的地。操作系統則是向下對接硬件，使硬件資源的存在有實際意義，同時向上承載各類應用程序，得以實現各種應用功能；編譯系統在程序運行的過程中，起到方向盤或導航儀的作用，將駕駛員（軟件）的操作（程序指令）轉化為車輛的位移（機器語言）。

▲操作系統在程序運行的過程中起重要作用

生態角度看，總結 Win-tel 與我國自主可控歷程，操作系統廠商處于 ICT 產業鏈的核心環節 。Win-tel 聯盟下，微軟股價隨 Win95、WinXP 等版本的發布屢創新高。1980s 微軟與英特爾組成 Win-tel 聯盟，使得 Windows 系統搭配 x86 的 Intel 處理器成為 PC 領域的絕對主流，二者結合后，在軟硬件版本迭代、生產、銷售等環節協同，一時形成“雙寡頭壟斷”的格局。1995 年 Win95 的發布首創了“桌面”的概念，使人機交互界面更加友好；Windows XP 的發布進一步穩固了微軟在操作系統領域的領先地位。

▲Win-tel發展歷程

盡管芯片是 ICT 生態的底層核心，但 Windows 背后龐大的應用生態決定了微軟對芯片商有較高話語權。微軟于 2018 年公布 Win10 操作系統已擁有 3500 萬個應用、超 1.75億個軟件版本，支持 1600 萬個硬件/驅動組合。微軟三十余年積累海量開發者，擁有龐大的應用基礎，因此對芯片架構的選擇擁有一定話語權。在 x86 以外微軟已針對 ARM 架構推出新一代操作系統，英特爾以外的芯片商將受益 Win 生態的拓展。

另外，ICT 領域自主可控不僅體現在以芯片為代表的硬件層，更需要操作系統帶動生態可持續。“基礎軟件的短板主要在操作系統，芯片的短板主要在 EDA（電子設計自動化）設計工具等領域”。芯片層的創新與投入一直是產業與資本的關注重點，但持續研發需要商用以及操作系統帶動應用軟件同步推進，如果沒有商用階段的現金流再投資，則芯片層的創新難以持續迭代。

▲國內已出現一批商用操作系統，且初具生態

2、早期鴻蒙雛形 LiteOS 就已體現華為發力 IoT

華為“鴻蒙”概念的公開時點雖受到外部環境影響，但實際已積淀大量商用經驗。鴻蒙操作系統的發布時點體現重大意義，但并非是“從無到有”的過程，2012 年華為就已開發物聯網操作系統 LiteOS，并在可穿戴設備、智能家居、車聯網、LPWA 等領域應用，是鴻蒙操作系統的雛形。

▲華為早在 2012 年就已開始研發名為 LiteOS 的物聯網操作系統

LiteOS 解決物聯網應用成本、連接、安全三大痛點，體現華為早期就已探索布局 IoT領域 。

（1）低成本、低功耗。物聯網需要海量終端接入，且大多數邊緣設備為小型化、可移動，因此對續航能力與單位成本提出較高要求。LiteOS 內核小于 10k，同時通過 MCU 和通信模組二合一的 OpenCPU 架構，能夠顯著降低終端體積和終端成本。且超低功耗，甚至 1 節 5 號電池可工作 5 年。

（2）連接多樣。物聯網終端在不同場景下需要不同形式的網絡連接，尤其進入到 5G時代后，對系統的連接性能和兼容性要求嚴格。連接拓展性能強，支持 6LoWPAN、WiFi、BTE、Zigbee 等多種協議，且設備間可以自組網、自發現、互操作，能夠滿足物聯網應用的不同連接需求。

（3）安全。物聯網邊緣計算需要“云”+“端”協同，互聯互通后數據泄露成為物聯網系統的重大隱患。LiteOS 以極小體積的內核實現了雙向認證、差分升級、DTLS/DTLS+等機制。

▲LiteOS 眾多特性表明該系統專為物聯網設計

未來成熟商用的 LiteOS 將逐步融入鴻蒙操作系統，逐步增強鴻蒙生態的多終端開發能力。在鴻蒙之前，華為已形成 HiLink（連接標準）+LiteOS（操作系統）+芯片（算力）的IoT“三件套”體系。在這一體系下，華為 2C 的智能家居、智能手機、手表手環等設備出貨量已累計超過 2 億件，2B 的水電表、攝像頭、單車等設備出貨量已累計超過 1 億件，擁有成熟穩定的商用方案。進一步 LiteOS 與鴻蒙結合，將在 IoT 領域形成強大合力。

▲華為已形成 HiLink+LiteOS+芯片的 IoT“三件套”體系

兩大核心要素 ：微內核、方舟編譯器

鴻蒙從設計之初就為多終端（如邊緣計算 IoT、服務器等）而生，微內核、方舟編譯器作為鴻蒙操作系統生態的兩大核心要素。

微內核乃操作系統的一種結構形式，將系統實現各功能的模塊化，更靈活，易于拓展、易于維護與更新迭代；編譯器可視為人與機器的“翻譯”，將人的程序語言翻譯給計算機可理解并執行，是人與計算機之間實現溝通的橋梁。

▲微內核、方舟編譯器是鴻蒙生態的兩大核心要素

華為 10 年來在編譯器與系統內核的布局演進，已經為鴻蒙操作系統和進軍物聯網做好了充足的鋪墊。

▲華為 10 年布局多終端系統，為進軍物聯網做好鋪墊

1、鴻蒙微內核從底層即為物聯網設計

微內核與宏內核相對應，是操作系統的一種結構形式。操作系統的核心功能包括文件系統、內存和 I/O 設備管理、CPU 調度等，宏內核即指操作系統將上述功能全部“打包集成”在內核里，不同的功能模塊之間耦合度高，所以具有高效率的優點，代表系統包括 Linux、Unix 等）。微內核則將系統分為各個小的功能模塊，僅將最核心的調度、內存管理功能保留在內核中，驅動、文件系統等以“外部模塊”的形式與內核連接，相應的優勢是易于拓展、易于維護與更新、穩定性高，代表系統包括 Windows、Mac OS X 等。

微內核更適應復雜的程序功能，且能夠更靈活地移植至不同硬件平臺。微內核僅在操作系統的內核中保留最基本功能，大大降低了內核的開發難度；分布式思維，將非核心的程序和模塊隔離在內核之外，因此當單一程序出現錯誤時不會影響系統整體功能；同時，微內核相比宏內核更易于移植，開發、更新周期也得以縮短。

仿照第一部分，同樣可作以下類比：若操作系統類比為車輛等交通工具，則不同內核結構相當于車輛的不同定制方式。宏內核相當于商用整車，而微內核則類似支持深度定制車。在行駛過程中，商用整車雖整體運行效率高，但如果某一部件出現故障，則需要專人、同款備件才能維修；而定制車的很多模塊可替代性本身就非常強，且能夠通過簡單改裝在不同路況下行駛（不同硬件環境）。

▲微內核在結構形式上比宏內核更扁平化，也更靈活

鴻蒙微內核從底層即為物聯網設計。上述可知，微內核的最大特性是僅在內核中保留最核心功能，因此對于鴻蒙而言：連接實時性更好（響應時延降低 25.7%、時延波動率降低 55.6%），同時結合 5G 低時延場景，尤其適用于工業控制、智能交通等物聯網領域；可以做到故障隔離，最大程度保證系統的穩定性與安全性，在 5G 超多連接場景下更能滿足萬物互聯的要求。

鴻蒙微內核體現分布式的特點，解決 IoT 生態協同的痛點。目前已有操作系統基本只對應于某一種硬件，如 Windows 對應 x86 PC、iOS 對應蘋果手機等。但 IoT 時代終端種類數量極大拓展，難以針對每種硬件分別開發操作系統或應用程序，不同硬件終端的生態無法共享協同，開發效率低。而鴻蒙實現了硬件解耦，即可針對應不同設備進行彈性部署（例如智慧屏、穿戴設備、車機、音箱、手機等）。同時創新的分布式軟總線使得擁有不同功能的硬件可以彼此協同。

例如：傳統的相機、電視、音響等設備原本相互獨立；但在鴻蒙的分布式軟總線下，這些設備被“虛擬化”成攝像模組、顯示模組、外放模組，并成為有機整體，用戶無需另行設置即可按需調用各種功能，硬件終端之間形成相互協同。

▲未來基于微內核的鴻蒙操作系統將廣泛應用于 IoT 領域

微內核是 IoT 操作系統演進方向，鴻蒙微內核之效率、安全性業內領先。一般微內核系統，由于驅動、文件系統等進程被外置，各模塊之間的通信需要經過內核“搭橋”，因而效率往往比宏內核要低。但鴻蒙微內核對進程間通信進行了高度優化，使得鴻蒙相比QNX、Fuchisia 效率提升 3 至 5 倍。此外，由于微內核的代碼數量遠遠少于宏內核，因此鴻蒙能夠以對每行代碼進行充分的“形式化”的安全驗證，顯著提升了內核安全性。

2、 方舟編譯器是鴻蒙的取勝關鍵

方舟編譯器最早系華為于 2019 年 4 月在 P30 系列手機發布會上公布，但實際積淀十年，定位是多終端系統。華為早期表示方舟編譯器將大幅提升手機端安卓系統的運行效率，而開發編譯器其實是協助鴻蒙操作系統更深層次布局邊緣計算、服務器等領域。

對傳統編譯器而言，編譯時點、跨語言編譯是制約應用程序執行效率的瓶頸。應用程序的執行要經過字節碼到機器碼的轉換，程序員在編程時使用上述 C、C++、Java、C#等程序語言，但硬件的執行邏輯是基于 0 和 1 的二進制。因此要讓硬件能夠“讀懂”指令，就需要編譯器把“程序語言”轉譯成“機器語言”。

（1）編譯時點：根據編譯器工作時點的不同，編譯方式可分為兩種，但執行效率仍有提升空間。一種是“邊執行、邊翻譯”，程序調用了某一句指令，編譯器就實時將其轉譯為二進制碼（早期版本安卓使用該方案，程序執行效率低下）；另一種是引進高性能虛擬機（在安卓系統中為 ART，即 Android Run Time），在程序安裝時或系統空閑時就提前將代碼轉譯完畢，進一步提升了程序執行效率，但新的問題在于程序安裝時間長。

（2）跨語言編譯：程序往往使用不同語言編寫，對編譯效率產生較大影響。例如采用Java 和 C/C++等多種語言混合開發的應用程序，在運行時需要借助通用接口來協調不同代碼（即 Java Native Interface，JNI）。通用接口需要占用硬件資源，同時不同代碼的協調本身就低效，所以傳統編譯器下跨語言應用的執行效率較低。

方舟編譯器對以上兩大瓶頸的解決方案是：將編譯過程提前至開發者環節。在安卓的體系下，一些復雜動態語義的編譯仍需交由虛擬機完成。方舟編譯器開發團隊通過梳理 Java的動態語義，進行了大規模的數據建模，尤其是在跨語言編譯時，大大提高了動態語義分析的精度；另外，華為設計了一套具有核心專利的動態語義匹配機制，有效降低了運行時動態語義的開銷。最終結果是，方舟編譯器能夠在應用程序執行之前，就將 Java 代碼編譯成機器語言，極大釋放了硬件資源，這一點對于多終端尤其是物聯網邊緣計算而言尤為重要。

方舟編譯器對開發者友好，利于形成良好生態。過去安卓等系統避免在開發者環節涉及編譯，一大原因是為了降低開發難度，開發者只需完成代碼編寫即可，而無需考慮如何跨語言編譯。但方舟方案下將編譯過程提前至開發環節，并不增加開發者負擔，相反開發者還能通過方舟預置算法進行代碼優化，還可自行開發代碼優化算法，未來代碼優化甚至有可能遷移至云端。開發環境友好是鴻蒙搭建良好生態的重要因素。

對于方舟編譯器，也可類比如下：過去 ART 虛擬機搭配安卓系統，相當于經驗豐富的司機駕駛傳統的手動擋汽車；而方舟編譯器搭配鴻蒙操作系統，則相當于搭載了 L4 級別自動駕駛的車輛，車輛行駛可以隨時根據車況、路況靈活調整，保證所有乘客的乘車體驗均為最佳。

兼容 Java 和 C、C++等多種語言增強了鴻蒙即戰力，并與自有麒麟、鯤鵬等硬件架構協同，形成類似 Win-tel 的軟硬件格局。

▲華為 IoT 已形成類似 x86 領域成體系的芯片家族

因此綜合微內核、方舟編譯器兩大要素看，鴻蒙生而為物聯網設計，并非單純以手機操作系統為主要陣地。一方面，對于華為成熟的手機業務而言，做系統容易，但建生態難，當前安卓和蘋果已構建了幾乎不可打破的生態系統，在條件允許的情況下繼續使用安卓對于華為是一種資源節約。

進一步更通俗地解釋：對于開發者編寫的不同程序，只需經過方舟編譯器的處理，鴻蒙操作系統即可順利執行；且微內核下的鴻蒙可移植于不同平臺。這樣的系統特性天然適配于物聯網時代的海量終端與海量應用。

5G+IoT 時代的蘋果

蘋果曾是 3G、4G 移動互聯網時代成長的新興巨頭，回顧蘋果的崛起路程，在生態、硬件、先發優勢+持續創新三方面體現優勢。

1、生態。在蘋果之前，微軟曾于 1996 年發布可運行于手機的 Windows CE 操作系統；塞班于 2001 年發布 symbian S60 操作系統，一度獲得諾基亞、三星、索尼愛立信、摩托羅拉、西門子等眾多手機大廠支持，但由于 symbian 系統對開發者不友好、內核臃腫，在3G 時代到來后蘋果抓住移動互聯網的機會推出iOS，并搭建擁有高質量應用的 AppStore，強大的開發者生態不斷增強蘋果公司的生命力 。

2、硬件。相較之前的手機品牌，蘋果擁有體系完整的硬件產業鏈，且在上下游擁有極強的議價能力，并在手機之外推出 Macbook、iPod、iPad 等產品，不斷拓寬硬件“能力圈”。在優質生態的基礎上，緊密的硬件產業鏈一方面可以提升公司盈利能力，另一方面軟硬協同也極大提升了方案本身的使用體驗。

3、 先發優勢+持續創新。通過良性循環的生態+軟硬件協同形成護城河之后，蘋果不斷前瞻移動設備領域的新技術、新應用，且能夠持續迭代，逐步把持了行業的發展方向，最終成為移動互聯網時代的一大巨頭。

但隨著 C 端移動互聯網紅利見頂，蘋果在 5G+IoT 時代增長乏力。隨著技術演進，蘋果近年來也暴露出一些問題：生態不如安卓開源；核心硬件受制于外部（比如基帶依賴高通、英特爾）；后續創新乏力（新款 iPhone 難言成功）。在 5G+IoT 時代，其他 ICT 廠商開始面臨新的機會。

產業互聯網新藍海下，“華為之于物聯網”可類比“蘋果之于移動互聯網”。 生態。鴻蒙與方舟編譯器將開源，擁抱海量開發者。以手機端為例，方舟編譯器與超過 40 個高質量 App 合作，明顯優化 Android 操作系統的流暢度。在更廣泛的 IoT 領域，方舟編譯器支持多語言統一編譯，也支持混合編程，實現“一次編程，多端使用”，極大降低了開發者負擔（例如對于某款應用，只需要一次性完成代碼，就可以適配于手機、電視、車機等多種終端）。因此借助方舟編譯器，鴻蒙將搭建完善的 IoT 生態。

硬件。華為擁有強大 ICT 硬件基因，已推出從底層硬件到中間件、操作系統，再到到編譯工具、應用軟件的全棧軟硬件方案。類比蘋果產業鏈，華為內部已基本形成核心硬件環節的自研，例如新發布的前端昇騰 310+后端鯤鵬 920 的安防軟硬標準化解決方案，又如自研基于鯤鵬 920 的 Taishan 服務器等全棧軟硬件系統在山東移動 BSS 實現國產替代等。因此鴻蒙相比谷歌 Fushcia 等純軟件體現出硬件優勢（蘋果于 2019 年 7 月收購英特爾 5G 基帶部門也體現自研芯片對系統生態的重要性）。

▲包括網絡芯片在內，華為海思已形成全系列芯片組平臺

▲華為全棧軟硬件已在運營商 CRM 核心系統應用

先發優勢+持續創新。鴻蒙前身 LiteOS 早已推出，擁有商用經驗和先發優勢。物聯網基礎是網絡，華為在 5G 領域的深厚積淀。例如，其于 2019 年初發布首款商用 5G 多模終端芯片 Balong 5000 和首款 5G 商用終端華為 5G CPE Pro。Balong 5000 在 Sub-6GHz頻段實現 4.6Gbps、在毫米波頻段達 6.5Gbps 的峰值下載速率，并支持 SA 和 NSA 組網，已經完全滿足未來 5G 產業不同階段的商業需求，相比行業標桿的高通 X50 已取得領先。華為 5G 技術的先發優勢與持續創新是鴻蒙作為 IoT 多終端操作系統取得成功的保障。

▲華為 5G 聲明專利量排名居各廠商第一位

操作系統意味著應用平臺與流量入口。上述從生態、硬件、先發優勢+持續創新三方面看，擁有操作系統將幫助華為在物聯網領域擁有更強話語權，將沿蘋果在移動互聯網時代的路徑，成長為 5G+IoT 的巨頭。

鴻蒙將完善華為 IoT 生態，催化產業進程

IoT 是華為在產業物聯網時代的重要布局，華為主要聚焦于基礎設施領域。海量低成本終端設備連接需要保證聯接可管可控，且全網連續覆蓋，以及端側（終端）、傳輸、云端安全。華為多年深耕 ICT 基礎設施，全棧軟硬件保證 IoT 方案穩定性。據華為 2018 年全聯接大會，華為物聯網聯接數超過 2 億，每月增長 600 萬聯接，日均 API 調用超過 1.3億，方案成熟度高。

鴻蒙操作系統與華為“云+端”芯片形成強大合力，形成殺手锏應用。華為優質網絡設備是 IoT 的連接基礎，連接獲得了大量數據，但只有通過智能分析才能夠形成殺手锏應用。華為已在云側和端測擁有昇騰、鯤鵬、麒麟等芯片，具備強大算力，疊加鴻蒙操作系統高效、靈活的執行能力，將培育大量高價值應用。

車聯網、智慧城市、工業是華為 IoT 的三大應用方向，目前三大應用成熟度各有不同，鴻蒙操作系統預計將在三大領域起催化作用。

車聯網：快速興起的 IoT 場景。當前車聯網更多是實現車與路的主動協同溝通，逐步實現從輔助駕駛到自動駕駛，并做到大大降低成本。基于 C-V2X，華為已擁有完整的車聯網硬件體系，具體包括芯片、OBU 盒子、RSU 實現路邊感知設備、云端搜集數據和數據處理的 V2X 服務器等。我們預計未來終端的前裝和后裝市場、定位與地圖（華為已獲得甲級測繪資質，未來鴻蒙+巴龍 5000 芯片+高精地圖具有想象空間）、后端數據處理（鴻蒙+Taishan 服務器+鯤鵬芯片的強大算力組合）將是重要的產業方向。

智慧城市：較為成熟，從互聯網向物聯網過渡。智慧城市是城市級網絡接入、NB-IoT 廣覆蓋、低成本低功耗特點的體現，我們預計未來拓展方向包括智慧園區（鴻蒙+安防領域基于鯤鵬/昇騰的 Huawei HoloSens）、智慧家居（鴻蒙+基于鴻鵠 818 芯片的榮耀智慧屏）等。

工業：5G 提供新機會。工業互聯網痛點之一在于網絡連接，痛點之二在于行業Knowhow。網絡連接的難題將在 5G 商用與網絡切片推廣后迎刃而解，華為將是網絡基礎設施的核心供應商；對于行業 Knowhow，鴻蒙強調搭建生態圈，且具備開發者友好的特性，利于培育不同垂直行業客戶并積累經驗。此外華為已面向各行業推出“華為云 EI 智能體”，華為云已擁有超過 100 萬開發者和企業用戶4，初步形成良性生態。

綜上，鴻蒙操作系統的推出將對華為各業務板塊產生積極作用，并推動 IoT 產業進程，預計華為產業鏈眾多公司將受益。

智東西認為，華為創始人任正非曾在接受法國媒體采訪時詳細介紹了鴻蒙操作系統。他表示，鴻蒙系統的處理延遲小于5毫秒，將完美地適應物聯網，還能夠應用于自動駕駛。現在，隨著華為在全球開發者大會上正式發布鴻蒙系統，鴻蒙操作系統的神秘面紗也已被揭開。作為一款微內核面向全場景的分布式操作系統，鴻蒙誕生之初似乎就是為了物聯網準備的，但是，一款操作系統的成功與否最重要的還是生態系統的搭建，未來，華為若想不負眾望，在5G萬物互聯時代搭建起強大的生態系統，成為5G+IoT 時代的“蘋果”，還需要加倍努力。

編輯：hfy