梅特卡夫定律指出，一個網(wǎng)絡的價值和這個網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)的平方成正比，換句話說，數(shù)字經(jīng)濟時代的發(fā)展必然走向“萬物互聯(lián)”時代，互聯(lián)互通是實現(xiàn)未來社會高速發(fā)展的關鍵。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等產業(yè)發(fā)展，數(shù)據(jù)規(guī)模呈現(xiàn)爆炸式增長，據(jù)IDC預測，2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設備將超750億，全球每天產生的數(shù)據(jù)則高達490EB。掌握先進的互連技術，亦是中國半導體產業(yè)發(fā)展的關鍵，面對傳統(tǒng)互連芯片技術被國外巨頭壟斷的劣勢局面，中國如何破局？

自主SDI3210開啟軟件定義互連芯時代

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(tài)更改交換互連的功能、性能，實現(xiàn)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(tài)，可以實現(xiàn)相同協(xié)議和不同協(xié)議的數(shù)據(jù)交換，不論通信、導航、遙感等信息都可以無縫對接、順暢交互，實現(xiàn)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(fā)展瓶頸，直接催生面向威脅的軟件定義裝備生成模式，全面帶動指揮控制和網(wǎng)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(fā)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(chuàng)新成就展。SDI3210可以實現(xiàn)異構協(xié)議的互連互通，在譜系簡化、系統(tǒng)集成、安全防御等方面具有天然優(yōu)勢，可用于解決大帶寬、高實時靈活數(shù)據(jù)交互為需求的領域，如通信導航、測量、國產計算機系統(tǒng)、高性能計算等。

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協(xié)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(xié)議、軟件定義交換模式、可編程協(xié)議轉換等功能，支持RapidIO 3.0、8G FC和10G Ethernet三種異構協(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(xié)議處理器，形成集SDI協(xié)議處理、協(xié)議轉換、數(shù)據(jù)交換為一體的應用平臺，可提供面向系統(tǒng)的集成式演示平臺，降低用戶開發(fā)風險，加快系統(tǒng)開發(fā)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(wǎng)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(tài)查看及配置、路由配置、協(xié)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(yè)態(tài)

當前我們處在一個互連無所不在的時代，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)、高性能計算、存儲系統(tǒng)中得到了廣泛應用。SDI3210芯片既可作為單一協(xié)議網(wǎng)絡的交換芯片應用，也可工作于混合協(xié)議混式，實現(xiàn)不同二層協(xié)議之間的互連互通，發(fā)展至今，已通過軟件定義應用于多種場景。

以數(shù)字信號處理系統(tǒng)為例，在實際應用中經(jīng)常需要實現(xiàn)多種協(xié)議數(shù)據(jù)的接收、轉發(fā)、異構協(xié)議數(shù)據(jù)轉發(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RapidIO協(xié)議數(shù)據(jù)進行處理交換轉發(fā)，轉發(fā)的數(shù)據(jù)可以存放到本地的存儲系統(tǒng)或者遠端的存儲系統(tǒng)中。其中本地存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)存放中，需要RapidIO協(xié)議與FC協(xié)議之間的轉換；遠端存儲系統(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)議三者之間的轉換，即不同邊緣節(jié)點處理后的數(shù)據(jù)有交換轉發(fā)的需求，各個專用網(wǎng)絡中都有數(shù)據(jù)交換轉發(fā)的需求。三種專用網(wǎng)絡交換芯片和三種協(xié)議轉換的橋接芯片的使用，增加了系統(tǒng)的維護難度?；赟DI3210芯片支持多協(xié)議融合的特性，將該系統(tǒng)中所有的協(xié)議轉換和數(shù)據(jù)交換的芯片全部升級為SDI芯片，與DSP/CPU/FPGA、存儲節(jié)點、服務器等不同協(xié)議類型的處理節(jié)點相連，即可實現(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)絡交換板卡，極大的縮短了研發(fā)周期，降低了產品成本，簡化了系統(tǒng)譜系。

圖-基于SDI的信號處理系統(tǒng)

在視頻傳輸系統(tǒng)中，典型的案例需求是通過四路千兆以太網(wǎng)端口實現(xiàn)攝像頭數(shù)據(jù)的接收，然后將數(shù)據(jù)轉換為FC協(xié)議，并通過FC交換網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)存放到存儲單元中，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實時存放，控制系統(tǒng)可通過422總線控制FC存儲設備數(shù)據(jù)的選擇和讀取，并且通過傳輸裝置實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)傳輸，最后將接收的視頻數(shù)據(jù)進行解碼并實時顯示。然而由于受限于空間環(huán)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(xié)議，因此需要實現(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)的轉換。同樣地，基于SDI3210芯片設計的視頻傳輸系統(tǒng)原型，通過一塊板卡實現(xiàn)了千兆以太網(wǎng)協(xié)議與FC協(xié)議，RapidIO協(xié)議與FC協(xié)議異構協(xié)議數(shù)據(jù)之間限速協(xié)議轉換和實時轉發(fā)，實現(xiàn)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(xié)議和Ethernet協(xié)議，兩種協(xié)議接口均需進行測試。在測試中，從自動化系統(tǒng)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(shù)量受限，需要頻繁切換測試網(wǎng)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(tǒng)的開發(fā)是該案例的核心需求，難點則是實現(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(lián)盟加速SDI生態(tài)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(wǎng)絡系統(tǒng)的嶄新“內核”，直接決定著信息系統(tǒng)體系架構整體技術的進步，是我國信息系統(tǒng)技術體系從“跟蹤仿制”到“創(chuàng)新超越”跨越式發(fā)展的抓手級技術。為了強化我國戰(zhàn)略科技力量，帶動信息產業(yè)整體升級，更好地構建軟件定義互連生態(tài)系統(tǒng)，2017年11月25日軟件定義互連技術與產業(yè)聯(lián)盟成立; 為進一步助力集成電路"卡脖子"技術創(chuàng)新及產業(yè)應用，2022年12月，SDI聯(lián)盟全面更名升級為軟件定義晶上系統(tǒng)（SDSoW）技術與產業(yè)聯(lián)盟。清華大學為理事長單位，秘書處設于天津市濱海新區(qū)信息技術創(chuàng)新中心。目前，聯(lián)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(yè)鏈企業(yè)。SDSoW聯(lián)盟以打造晶上系統(tǒng)領域的戰(zhàn)略智庫、學術高地、產業(yè)聯(lián)盟為宗旨，圍繞學術、生產、應用建設行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展平臺，堅持科技引領發(fā)展原則，圍繞新型舉國體制建設，打造晶上系統(tǒng)產業(yè)生態(tài)。

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(tài)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(tǒng)技術與產業(yè)聯(lián)盟，圍繞SDI3210芯片的創(chuàng)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(fā)展，通過研發(fā)升級、方案優(yōu)化、應用迭代，打造實現(xiàn)國產替代、開發(fā)便捷、應用廣泛的SDI3210，加速軟硬件工具協(xié)同賦能，全面釋放提升SDI3210芯片能效；深入開展多場景驗證開發(fā)，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(chuàng)新、開放、利他、長期”的價值觀，致力實現(xiàn)集成電路產業(yè)報國。