梅特卡夫定律指出，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值和這個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的平方成正比，換句話(huà)說(shuō)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的發(fā)展必然走向“萬(wàn)物互聯(lián)”時(shí)代，互聯(lián)互通是實(shí)現(xiàn)未來(lái)社會(huì)高速發(fā)展的關(guān)鍵。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，數(shù)據(jù)規(guī)模呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，據(jù)IDC預(yù)測(cè)，2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將超750億，全球每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)則高達(dá)490EB。掌握先進(jìn)的互連技術(shù)，亦是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，面對(duì)傳統(tǒng)互連芯片技術(shù)被國(guó)外巨頭壟斷的劣勢(shì)局面，中國(guó)如何破局？

【資料圖】

軟件定義互連技術(shù)（Software Defined Interconnection，SDI）作為互連技術(shù)的新方向，是一種面向交換互連領(lǐng)域的軟件定義硬件技術(shù)，基于可重構(gòu)和可編程技術(shù)，具有可擴(kuò)展的硬件/軟件架構(gòu)，允許應(yīng)用程序?qū)τ布M(jìn)行在線(xiàn)定義，以動(dòng)態(tài)更改交換互連的功能、性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的最佳擬合適配。軟件定義互連技術(shù)作為交換互連的高級(jí)形態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)相同協(xié)議和不同協(xié)議的數(shù)據(jù)交換，不論通信、導(dǎo)航、遙感等信息都可以無(wú)縫對(duì)接、順暢交互，實(shí)現(xiàn)電子信息裝備的譜系化、精簡(jiǎn)化、可擴(kuò)展和易維護(hù)，有效破解電子信息裝備綜合一體化的發(fā)展瓶頸，直接催生面向威脅的軟件定義裝備生成模式，全面帶動(dòng)指揮控制和網(wǎng)絡(luò)通信等電子信息裝備的體系升級(jí)。

2016年10月15日，軟件定義互連芯片立項(xiàng)啟動(dòng)，歷時(shí)924天，由我國(guó)研發(fā)團(tuán)隊(duì)研制的世界首款軟件定義互連芯片SDI3210問(wèn)世，2019年該芯片被評(píng)為“中國(guó)芯”重大項(xiàng)目轉(zhuǎn)化成果獎(jiǎng)，并于2021年亮相“十三五”科技創(chuàng)新成就展。SDI3210可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)協(xié)議的互連互通，在譜系簡(jiǎn)化、系統(tǒng)集成、安全防御等方面具有天然優(yōu)勢(shì)，可用于解決大帶寬、高實(shí)時(shí)靈活數(shù)據(jù)交互為需求的領(lǐng)域，如通信導(dǎo)航、測(cè)量、國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、高性能計(jì)算等。

SDI3210軟件定義互連芯片，可支持物理層和數(shù)據(jù)鏈路層可軟件定義的異構(gòu)協(xié)議互連；最多可支持32個(gè)端口或32路高速通道，具備軟件定義端口協(xié)議、軟件定義交換模式、可編程協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能，支持RapidIO 3.0、8G FC和10G Ethernet三種異構(gòu)協(xié)議的高速數(shù)據(jù)交換，最大交換容量320Gbps；具有高帶寬、高靈活、高實(shí)時(shí)等特點(diǎn)。

圖-SDI3210結(jié)構(gòu)框圖

為了用戶(hù)更好地使用SDI3210芯片靈活的軟件定義配置和一型可替代多個(gè)品種的強(qiáng)大能力，該項(xiàng)目同步配套了多種軟硬件工具支持，包括SDI3210評(píng)估板、SDI3210 OPT性能測(cè)試板、SDI3210配套軟件。其中SDI3210評(píng)估板通用架構(gòu)分為1個(gè)主板，3個(gè)配置處理器，3個(gè)協(xié)議處理器，形成集SDI協(xié)議處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)交換為一體的應(yīng)用平臺(tái)，可提供面向系統(tǒng)的集成式演示平臺(tái)，降低用戶(hù)開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，加快系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的時(shí)間；性能測(cè)試板則用于SDI3210交換芯片的功能及性能評(píng)估，單板交換能力為320Gbps，用于快速搭建用戶(hù)自組網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)；配套軟件可用來(lái)指導(dǎo)用戶(hù)快速學(xué)習(xí)和使用3210芯片的各種功能，對(duì)交換芯片進(jìn)行管理和配置，包括端口狀態(tài)查看及配置、路由配置、協(xié)議解析與轉(zhuǎn)換配置、初始化配置。

當(dāng)前我們處在一個(gè)互連無(wú)所不在的時(shí)代，Ethernet協(xié)議、RapidIO協(xié)議以及FC協(xié)議等高速通信協(xié)議分別在數(shù)據(jù)中心、人工智能、嵌入式系統(tǒng)、高性能計(jì)算、存儲(chǔ)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。SDI3210芯片既可作為單一協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的交換芯片應(yīng)用，也可工作于混合協(xié)議混式，實(shí)現(xiàn)不同二層協(xié)議之間的互連互通，發(fā)展至今，已通過(guò)軟件定義應(yīng)用于多種場(chǎng)景。

以數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)為例，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議數(shù)據(jù)的接收、轉(zhuǎn)發(fā)、異構(gòu)協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能，如下圖所示，邊緣的數(shù)據(jù)采集芯片將數(shù)據(jù)采集完成后，經(jīng)處理器處理后再通過(guò)RapidIO協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行處理交換轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)可以存放到本地的存儲(chǔ)系統(tǒng)或者遠(yuǎn)端的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。其中本地存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存放中，需要RapidIO協(xié)議與FC協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換；遠(yuǎn)端存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存放中，則需要RapidIO協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議、FC協(xié)議三者之間的轉(zhuǎn)換，即不同邊緣節(jié)點(diǎn)處理后的數(shù)據(jù)有交換轉(zhuǎn)發(fā)的需求，各個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)中都有數(shù)據(jù)交換轉(zhuǎn)發(fā)的需求。三種專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)交換芯片和三種協(xié)議轉(zhuǎn)換的橋接芯片的使用，增加了系統(tǒng)的維護(hù)難度。基于SDI3210芯片支持多協(xié)議融合的特性，將該系統(tǒng)中所有的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換的芯片全部升級(jí)為SDI芯片，與DSP/CPU/FPGA、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器等不同協(xié)議類(lèi)型的處理節(jié)點(diǎn)相連，即可實(shí)現(xiàn)一種SDI板卡替換原有裝備中的三種不同協(xié)議和功能的網(wǎng)絡(luò)交換板卡，極大的縮短了研發(fā)周期，降低了產(chǎn)品成本，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)譜系。

圖-基于SDI的信號(hào)處理系統(tǒng)

在視頻傳輸系統(tǒng)中，典型的案例需求是通過(guò)四路千兆以太網(wǎng)端口實(shí)現(xiàn)攝像頭數(shù)據(jù)的接收，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為FC協(xié)議，并通過(guò)FC交換網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)存放到存儲(chǔ)單元中，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存放，控制系統(tǒng)可通過(guò)422總線(xiàn)控制FC存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)的選擇和讀取，并且通過(guò)傳輸裝置實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)傳輸，最后將接收的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并實(shí)時(shí)顯示。然而由于受限于空間環(huán)境，視頻采集和觀測(cè)點(diǎn)較少，但是觀測(cè)手段多樣，并且存儲(chǔ)設(shè)備為FC協(xié)議，因此需要實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)協(xié)議與FC協(xié)議，RapidIO協(xié)議與FC協(xié)議之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。同樣地，基于SDI3210芯片設(shè)計(jì)的視頻傳輸系統(tǒng)原型，通過(guò)一塊板卡實(shí)現(xiàn)了千兆以太網(wǎng)協(xié)議與FC協(xié)議，RapidIO協(xié)議與FC協(xié)議異構(gòu)協(xié)議數(shù)據(jù)之間限速協(xié)議轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)需求的高效解決。

在新產(chǎn)品批量測(cè)試應(yīng)用中，某產(chǎn)品支持RapidIO協(xié)議和Ethernet協(xié)議，兩種協(xié)議接口均需進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試中，從自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試切換到人工專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試，由于測(cè)試接口類(lèi)型不一致，人工專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試接口數(shù)量受限，需要頻繁切換測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，造成測(cè)試過(guò)程復(fù)雜、測(cè)試結(jié)果不一致、排查故障困難等問(wèn)題。自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是該案例的核心需求，難點(diǎn)則是實(shí)現(xiàn)任意接口互連下RapidIO與以太網(wǎng)協(xié)議的互連互通，因此采用傳統(tǒng)固有協(xié)議接口的數(shù)據(jù)交換機(jī)將需要不斷的改變硬件設(shè)備，難以降低人工成本，采用SDI3210芯片的方案能夠解決該問(wèn)題，支持靈活互通，提高測(cè)試效率。

軟件定義互連技術(shù)被喻為軟件定義時(shí)代的“柔性韌帶”，已成為新一代信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的嶄新“內(nèi)核”，直接決定著信息系統(tǒng)體系架構(gòu)整體技術(shù)的進(jìn)步，是我國(guó)信息系統(tǒng)技術(shù)體系從“跟蹤仿制”到“創(chuàng)新超越”跨越式發(fā)展的抓手級(jí)技術(shù)。為了強(qiáng)化我國(guó)戰(zhàn)略科技力量，帶動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)整體升級(jí)，更好地構(gòu)建軟件定義互連生態(tài)系統(tǒng)，2017年11月25日，由國(guó)家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心和清華大學(xué)牽頭，聯(lián)合國(guó)內(nèi)頂尖高等院校、科研院所、企業(yè)和金融機(jī)構(gòu)等單位，發(fā)起成立中國(guó)首個(gè)網(wǎng)信領(lǐng)域軟件定義互連技術(shù)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟；為進(jìn)一步助力集成電路"卡脖子"技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，2022年12月，SDI聯(lián)盟全面更名升級(jí)為軟件定義晶上系統(tǒng)（SDSoW）技術(shù)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。清華大學(xué)為理事長(zhǎng)單位，秘書(shū)處設(shè)于天津市濱海新區(qū)信息技術(shù)創(chuàng)新中心。目前，聯(lián)盟成員單位達(dá)280余家，覆蓋IP、芯片、板卡、設(shè)備、軟件和應(yīng)用相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。SDSoW聯(lián)盟以打造晶上系統(tǒng)領(lǐng)域的戰(zhàn)略智庫(kù)、學(xué)術(shù)高地、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為宗旨，圍繞學(xué)術(shù)、生產(chǎn)、應(yīng)用建設(shè)行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展平臺(tái)，堅(jiān)持科技引領(lǐng)發(fā)展原則，圍繞新型舉國(guó)體制建設(shè)，打造晶上系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

隨著相關(guān)IP核、芯片和板卡產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，軟件定義互連生態(tài)體系也正在逐步構(gòu)建，2022年5月，井芯微電子技術(shù)（天津）有限公司攜手軟件定義晶上系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，圍繞SDI3210芯片的創(chuàng)新應(yīng)用推廣啟動(dòng)了“芯火燎原”行動(dòng)，目前SDI3210芯片已成功覆蓋80余家應(yīng)用單位。未來(lái)，將基于核“芯”SDI3210服務(wù)智能社會(huì)發(fā)展，通過(guò)研發(fā)升級(jí)、方案優(yōu)化、應(yīng)用迭代，打造實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代、開(kāi)發(fā)便捷、應(yīng)用廣泛的SDI3210，加速軟硬件工具協(xié)同賦能，全面釋放提升SDI3210芯片能效；深入開(kāi)展多場(chǎng)景驗(yàn)證開(kāi)發(fā)，構(gòu)筑更加全面的解決方案；提高技術(shù)支持及產(chǎn)品服務(wù)能力，向一站式服務(wù)體系建設(shè)沖刺，秉承“創(chuàng)新、開(kāi)放、利他、長(zhǎng)期”的價(jià)值觀，致力實(shí)現(xiàn)集成電路產(chǎn)業(yè)報(bào)國(guó)。