软件定义互连入局芯片,开启新赛道

2023-05-15 12:28:26 来源:EETOP

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。


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”。


图片

(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。


图片

(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。


  1. EETOP 官方微信

  2. 创芯大讲堂 在线教育

  3. 创芯老字号 半导体快讯

相关文章

全部评论

@2003-2023 EETOP
×