梅特卡夫定律指出，一個網絡的價值和這個網絡節點數的平方成正比，換句話說，數字經濟時代的發展必然走向“萬物互聯”時代，互聯互通是實現未來社會高速發展的關鍵。隨著物聯網、大數據、云計算等產業發展，數據規模呈現爆炸式增長，據IDC預測，2025年全球物聯網設備將超750億，全球每天產生的數據則高達490EB。掌握先進的互連技術，亦是中國半導體產業發展的關鍵，面對傳統互連芯片技術被國外巨頭壟斷的劣勢局面，中國如何破局？
【資料圖】
軟件定義互連技術（Software Defined Interconnection，SDI）作為互連技術的新方向，是一種面向交換互連領域的軟件定義硬件技術，基于可重構和可編程技術，具有可擴展的硬件/軟件架構，允許應用程序對硬件進行在線定義，以動態更改交換互連的功能、性能，實現對不同應用場景的最佳擬合適配。軟件定義互連技術作為交換互連的高級形態，可以實現相同協議和不同協議的數據交換，不論通信、導航、遙感等信息都可以無縫對接、順暢交互，實現電子信息裝備的譜系化、精簡化、可擴展和易維護，有效破解電子信息裝備綜合一體化的發展瓶頸，直接催生面向威脅的軟件定義裝備生成模式，全面帶動指揮控制和網絡通信等電子信息裝備的體系升級。
2016年10月15日，軟件定義互連芯片立項啟動，歷時924天，由我國研發團隊研制的世界首款軟件定義互連芯片SDI3210問世，2019年該芯片被評為“中國芯”重大項目轉化成果獎，并于2021年亮相“十三五”科技創新成就展。SDI3210可以實現異構協議的互連互通，在譜系簡化、系統集成、安全防御等方面具有天然優勢，可用于解決大帶寬、高實時靈活數據交互為需求的領域，如通信導航、測量、國產計算機系統、高性能計算等。
SDI3210軟件定義互連芯片，可支持物理層和數據鏈路層可軟件定義的異構協議互連；最多可支持32個端口或32路高速通道，具備軟件定義端口協議、軟件定義交換模式、可編程協議轉換等功能，支持RapidIO 3.0、8G FC和10G Ethernet三種異構協議的高速數據交換，最大交換容量320Gbps；具有高帶寬、高靈活、高實時等特點。
圖-SDI3210結構框圖
為了用戶更好地使用SDI3210芯片靈活的軟件定義配置和一型可替代多個品種的強大能力，該項目同步配套了多種軟硬件工具支持，包括SDI3210評估板、SDI3210 OPT性能測試板、SDI3210配套軟件。其中SDI3210評估板通用架構分為1個主板，3個配置處理器，3個協議處理器，形成集SDI協議處理、協議轉換、數據交換為一體的應用平臺，可提供面向系統的集成式演示平臺，降低用戶開發風險，加快系統開發應用的時間；性能測試板則用于SDI3210交換芯片的功能及性能評估，單板交換能力為320Gbps，用于快速搭建用戶自組網測試平臺；配套軟件可用來指導用戶快速學習和使用3210芯片的各種功能，對交換芯片進行管理和配置，包括端口狀態查看及配置、路由配置、協議解析與轉換配置、初始化配置。
多維應用打造高速互連芯業態當前我們處在一個互連無所不在的時代，Ethernet協議、RapidIO協議以及FC協議等高速通信協議分別在數據中心、人工智能、嵌入式系統、高性能計算、存儲系統中得到了廣泛應用。SDI3210芯片既可作為單一協議網絡的交換芯片應用，也可工作于混合協議混式，實現不同二層協議之間的互連互通，發展至今，已通過軟件定義應用于多種場景。
以數字信號處理系統為例，在實際應用中經常需要實現多種協議數據的接收、轉發、異構協議數據轉發等功能，如下圖所示，邊緣的數據采集芯片將數據采集完成后，經處理器處理后再通過RapidIO協議數據進行處理交換轉發，轉發的數據可以存放到本地的存儲系統或者遠端的存儲系統中。其中本地存儲系統數據存放中，需要RapidIO協議與FC協議之間的轉換；遠端存儲系統數據存放中，則需要RapidIO協議、以太網協議、FC協議三者之間的轉換，即不同邊緣節點處理后的數據有交換轉發的需求，各個專用網絡中都有數據交換轉發的需求。三種專用網絡交換芯片和三種協議轉換的橋接芯片的使用，增加了系統的維護難度。基于SDI3210芯片支持多協議融合的特性，將該系統中所有的協議轉換和數據交換的芯片全部升級為SDI芯片，與DSP/CPU/FPGA、存儲節點、服務器等不同協議類型的處理節點相連，即可實現一種SDI板卡替換原有裝備中的三種不同協議和功能的網絡交換板卡，極大的縮短了研發周期，降低了產品成本，簡化了系統譜系。
圖-基于SDI的信號處理系統
在視頻傳輸系統中，典型的案例需求是通過四路千兆以太網端口實現攝像頭數據的接收，然后將數據轉換為FC協議，并通過FC交換網絡將數據存放到存儲單元中，實現視頻數據的實時存放，控制系統可通過422總線控制FC存儲設備數據的選擇和讀取，并且通過傳輸裝置實現視頻數據傳輸，最后將接收的視頻數據進行解碼并實時顯示。然而由于受限于空間環境，視頻采集和觀測點較少，但是觀測手段多樣，并且存儲設備為FC協議，因此需要實現千兆以太網協議與FC協議，RapidIO協議與FC協議之間數據的轉換。同樣地，基于SDI3210芯片設計的視頻傳輸系統原型，通過一塊板卡實現了千兆以太網協議與FC協議，RapidIO協議與FC協議異構協議數據之間限速協議轉換和實時轉發，實現了用戶需求的高效解決。
在新產品批量測試應用中，某產品支持RapidIO協議和Ethernet協議，兩種協議接口均需進行測試。在測試中，從自動化系統測試切換到人工專項測試，由于測試接口類型不一致，人工專項測試接口數量受限，需要頻繁切換測試網絡，造成測試過程復雜、測試結果不一致、排查故障困難等問題。自動化測試系統的開發是該案例的核心需求，難點則是實現任意接口互連下RapidIO與以太網協議的互連互通，因此采用傳統固有協議接口的數據交換機將需要不斷的改變硬件設備，難以降低人工成本，采用SDI3210芯片的方案能夠解決該問題，支持靈活互通，提高測試效率。
攜手晶上聯盟加速SDI生態建設軟件定義互連技術被喻為軟件定義時代的“柔性韌帶”，已成為新一代信息網絡系統的嶄新“內核”，直接決定著信息系統體系架構整體技術的進步，是我國信息系統技術體系從“跟蹤仿制”到“創新超越”跨越式發展的抓手級技術。為了強化我國戰略科技力量，帶動信息產業整體升級，更好地構建軟件定義互連生態系統，2017年11月25日，由國家數字交換系統工程技術研究中心和清華大學牽頭，聯合國內頂尖高等院校、科研院所、企業和金融機構等單位，發起成立中國首個網信領域軟件定義互連技術與產業聯盟；為進一步助力集成電路"卡脖子"技術創新及產業應用，2022年12月，SDI聯盟全面更名升級為軟件定義晶上系統（SDSoW）技術與產業聯盟。清華大學為理事長單位，秘書處設于天津市濱海新區信息技術創新中心。目前，聯盟成員單位達280余家，覆蓋IP、芯片、板卡、設備、軟件和應用相關的產業鏈企業。SDSoW聯盟以打造晶上系統領域的戰略智庫、學術高地、產業聯盟為宗旨，圍繞學術、生產、應用建設行業協同創新發展平臺，堅持科技引領發展原則，圍繞新型舉國體制建設，打造晶上系統產業生態。
隨著相關IP核、芯片和板卡產品的推廣應用，軟件定義互連生態體系也正在逐步構建，2022年5月，井芯微電子技術（天津）有限公司攜手軟件定義晶上系統技術與產業聯盟，圍繞SDI3210芯片的創新應用推廣啟動了“芯火燎原”行動，目前SDI3210芯片已成功覆蓋80余家應用單位。未來，將基于核“芯”SDI3210服務智能社會發展，通過研發升級、方案優化、應用迭代，打造實現國產替代、開發便捷、應用廣泛的SDI3210，加速軟硬件工具協同賦能，全面釋放提升SDI3210芯片能效；深入開展多場景驗證開發，構筑更加全面的解決方案；提高技術支持及產品服務能力，向一站式服務體系建設沖刺，秉承“創新、開放、利他、長期”的價值觀，致力實現集成電路產業報國。
