软件定义互连入局芯片，开启新赛道

1. 万物互联时代，为何提出软件定义互连？

随着智能时代的到来，未来的信息系统更加看重人机交互的智能化、控制操作的自动化，未来的网络将是一个智能网络，必然是一个复杂性系统，在一个复杂非线性系统中的连接重要性更是大于节点的重要性。以人脑为例，人类的大脑有850亿个神经元，却有着100万亿个神经连接组成，2000年诺贝尔生理学得主埃德尔揭示了“记忆的本质是一系列神经连接关系的重组”，发达可塑的神经连接而非神经元才是智能的本质。

(资料图)

信息时代，实现信息数据存储、传输、分析、计算以打造智能时代的关键必然是信息间的发达连接、多维连接、动态连接、可塑连接和高效连接，也就是说，智能时代对互连技术提出了三大要求：

1. 协议多样、连接便达、安全可靠；

2. 连接丰富、随需触发、动态变化；

3. 支持跨层次、多样化、动态可变。

当前大部分用于交换互连的芯片、设备、平台以及网络都呈现出刚性互连的特征，即芯片面向特定应用领域设计生产后，无论芯片的内部结构还是其组成的外部交换机，均呈现固定的功能特征而无法随需转换；此外还存在用户编程性弱、融合组网能力差等缺点。

2009 年邬江兴院士团队原创性提出软件定义互连技术（Software Defined Interconnection，SDI），可有效打破现有网络的刚性体系结构，实现物理层、数据链路层、网络层及应用层的全维软件可定义，将刚性网络变为柔性网络，解决效率低下、性能受损、实时性下降等突出问题，实现动态连接、高效组网，相比于现有支持固定协议、固定带宽分配和固定交换结构的互连方式，软件定义互连在硬件层面实现了互连协议、端口类型、拓扑结构、带宽分配、互连模式等关键参数的软件定义，可以支持不同协议、不同带宽、不同互连模式的数据交互通信需求。

因此，软件定义互连是一种面向网络互连领域的软件定义硬件技术，基于可重构和可编程技术，具有可扩展的硬件/软件架构，允许应用程序对硬件进行在线定义，以动态更改交换互连的功能、性能，实现对不同应用场景的最佳适配。在产业角度，软件定义互连技术为智能时代的新型数据中心、云计算等信息基础设施提供高效扁平和灵活定义的互连，为自动驾驶、即时保密通信等情景网络动态服务提供随需而变的“柔性韧带”，为物联网时代大规模传感节点的群体智能提供灵活定义的“随需连接”。

（图-SDI互联生态）

2. 技术与产业并行，方能走向长远

相较于2017年美国国防高级研究计划局（DARPA）在电子复兴计划中支持的软件定义硬件技术，邬江兴院士团队提出的SDI技术促使我国在软件定义硬件技术上提早布局了八年，带领我国SDI产业发展保持国际领先地位。

十多年来，以邬江兴院士为核心的研发团队潜心研究，攻坚克难，于2013年在全球首台拟态计算机研制中验证了软件定义互连技术，证明了软件定义互连是基于商用部件实现计算能效提升2个数量级以上的核心支撑。在复杂性系统中，CPU、DSP等处理部件性能的提升，只能为系统的智能化水平带来“具有内部损益”的线性增益；而互连的灵活性、发达度和可塑性达到特定阈值，可实现复杂性系统的智能涌现。2019年，我国研制出世界首款软件定义互连芯片，该器件可以实现异构协议的互连互通，在谱系简化、系统集成、安全防御等方面具有天然的优势，是系统连接不同功能部件的核心器件，解决了异构协议数据交换系统架构难题，大大降低了复杂系统产品的开发门槛，缩短了系统研制的开发时间。

技术布局上，随着软件定义互连自主技术成果走向市场，软件定义互连技术也在国家、国防领域进一步得到重视。进入“十四五”以来，作为多模态网络的核心技术基因，软件定义互连芯片的相关研究与研制任务列入国家重点研发计划“多模态网络与通信”专项；作为软件定义装备生成模式的底座技术，软件定义互连二代芯片列入重大工程，研制支持更多协议、更高速率、更大带宽的芯片产品。

立足当下，展望未来，若要保持软件定义互连技术稳步发展，带动国内产业实现颠覆式升级演进，不只要在技术上实现“结构适配应用”，更要在实际发展上实现“科技适配产业”，为软件定义互连技术规划一条可持续发展之路。

软件定义互连技术在实现上实行三步走战略：

第一步实现软件可定义的标准协议，首先支持当前主流的高速接口协议，包括RapidIO协议、FC协议、以太网协议、PCIe协议、TSN协议等，目前世界首款支持RapidIO、FC和以太网协议的软件定义互连芯片SDI3210已经成功问世；

第二步是支持软件可定义的专用协议，包含各种军标协议和行业应用（如工控）协议等；

第三步是实现用户可自由定义的互连协议。未来软件定义互连技术的发展以遵循“先实现网络升级、再实现终端渗透、最后搭建全新生态”为原则，着力从芯片突破为抓手，打造涵盖芯片、设备、平台、网络、解决方案、标准的全新软件定义互连生态，服务国家信息基础设施的升级和国防电子信息装备的升级换代。

（图-软件定义互连技术发展路线）

3. 从互连技术升华，

为科技强国开辟系统工程路线

为进一步探究系统级的智能涌现之路，基于软件定义互连技术基础，找到当前系统集成存在“逐级插损”的工程技术路线症结，核心原因在于“芯片、模组、系统、集群”的逐级堆砌和PCB的“低密度、低带宽、低能效”集成，能否找到一条类似于芯片内部资源扩展的“无插损”工程技术路线？基于目前人类工程科技最高连接密度和最佳经济性的晶圆载体，邬江兴院士团队提出了软件定义晶上系统技术（Software Defined System on Wafer，SDSoW），找到了一条超高密度拼装集成的“无插损”系统工程技术路线，同时天然融合体系结构的软件定义与设计组装的敏捷经济，将体系结构的创新增益和集成电路的工艺增益连乘扩展到系统层面，可用落后一代乃至两代的材料、装备及工艺实现与一流工艺相媲美的系统功能、性能与效能，对解决我信息领域的当前“卡脖子”问题和实现“换道超车”创新引领都有重大意义。