软件定义互连
软件定义互连技术打破现有网络的刚性体系结构，实现从物理层、数据链路层、网络层到业务层全维软件定义的网络体系，从而将刚性网络变为柔性网络，构建可定义、可重组、可重构、可重建的软件定义体系架构。软件定义互连技术可为新型数据中心、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“柔性骨骼”，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”。
基本概念
软件定义互连是一种面向交换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拟合适配。
提出背景
当前，信息系统体系架构正在经历从冯诺依曼到软件定义的变革，伴随人工智能技术的飞速发展，对新一代软件定义体系架构的需求愈发紧迫。作为体系架构的核心关键，现有交换互连技术远远滞后于发展的需求，体现于以下几个方面：
总的来说，当前的信息系统本质上仍然是固定协议互连的刚性结构，为了实现支持业务的灵活性与多样性，业界提出了软件定义网络（SDN）、软件定义存储（SDM）、软件定义数据中心（SDC）等诸多技术，但仅限于高层协议的软件定义，其底层硬件结构（尤其是物理层和链路层）仍是刚性的，存在效率低下、性能受损、实时性下降等突出问题。要破解现有软件定义系统存在的上述问题，就必须打破硬件的刚性结构，实现硬件的可软件定义。同时，软件定义硬件是物理层面的软件定义，既是软件定义的基础与内核，也是软件定义中最难和最有挑战的技术。
技术内涵
2009年，中国工程院邬江兴院士团队原创提出解决硬件可软件定义的软件定义互连（SDI）技术，其技术内涵具体包括：
软件定义互连技术内涵（1-4）1）协议类型可软件定义：可分别定义国际标准协议、私有协议、自定义协议以及动态协议；2）协议转换可软件定义：在各个互连端口上可实现所支持任意异构协议之间的相互转换；3）互连拓扑可软件定义：互连拓扑可依据通信业务模型的需求定义为环形、树形、交叉连接、立方体和3D Tolus等结构；4）互连带宽可软件定义：每个互连端口所支持的速率以及整体互连带宽都可以进行定义，包括部分利用度、全利用度，以及不同的调度策略和服务质量等；
软件定义互连技术内涵（5-8）5）互连端口可软件定义：每个互连端口的绑定方式可以从1x、2x、4x等模式任意定义，端口的类型以及端口的流控方式也可以定义；6）互连内容可处理：可对通过的数据包进行扰码/加密、安全监测、语法转换、正则匹配等流式处理；7）交换模式可软件定义：不仅可以支持点到点的单播、点到多点的组播、点到所有点的广播，还可以支持电路交换模式、分组交换模式以及混合交换模式等；8）软件定义互连技术天然支持异构、冗余、动态，属于内生安全的拟态架构。
关键技术
软件定义互连作为一项创新技术，尤其是涉及到底层软件定义硬件的创新，其技术创新具有很长的链条，围绕不同领域需求也有很广的空间，对其技术从共性关键技术、基础支撑技术两个方面进行了分类：
1、共性关键技术是研制面向不同领域软件定义互连芯片都要用到的共用技术，包括协议控制、解析转换器、交换结构三个研究方向。
2、基础支撑技术是软件定义互连在后续发展中必须解决和依赖的底层技术，包含软件定义硬件结构、软件定义芯片的编译、资源感知与管理、混合粒度资源调度四个方向。
核心优势
软件定义互连技术可以通过软件来定义物理层互连部件的协议类型、互连带宽、端口类型与速率、协议间转换和拓扑结构等主要参数，从架构技术上保证用户可定义的基于可重构、可重配、可重建的动态异构计算体系的高效能与灵活性。
软件定义互连技术是信息设备“结构适应应用、结构决定效能、功能、安全”的核心支撑技术，2013年，SDI技术用于世界上首台拟态计算机原理样机，使拟态计算机整体效能提升13.6~315倍的结构支撑。
软件定义互连作为一种架构核心技术，能从架构技术上保证信息系统的高效能与灵活性，已成为新一代信息网络和信息系统的崭新“内核”，直接决定着信息系统体系架构整体技术的进步。
技术现状
图3-SDI3210芯片实物国家数字交换系统工程技术研究中心牵头研制出了第一款软件定义互连芯片SDI3210（图3所示）和第一款支持多种协议的软件定义协议控制器SDC4040（图4所示）。针对RapidIO、Ethernet、FC三种协议开展了软件定义协议控制器、软件定义协议解析器和软件定义协议转换器等相关的研究工作。但由于计算、网络和存储等互连协议生态的多样性，软件定义互连后续还要支持诸如PCIe、Infiniband、TTE（Time Triger Ethernet）等典型互连协议，乃至USB（Universal Serial Bus）、WIFI、BlueTooth等有无线端点协议，通过支持端点互连协议的软件定义模式支持，可以建立端到端的软件定义互连生态。未来，随着CPU、GPU、DSP、NPU、TPU等处理器件和各种内外部存储器件都内嵌软件定义协议控制器对外接口，面向不同应用领域的协同计算平台构建将极大简化，而且管理维护和升级也变得非常方便，从而赋能进入软硬件协同计算时代。要实现更多互连和端点（包含计算和存储）协议的支持，要研究协议的更多异构特性，凝练抽取共性算核的新形态，优化改进实现架构，研究内容涉及异构协议的物理层编解码、帧同步、流量控制、QoS保证机制、协议解析机制、路由寻址转发方式等研究。
图4-SDC4040 芯片实物
发展趋势
未来的网络体系是一种分布式网络架构，包含了多种异构计算单元（CPU、DSP、GPU、NPU、私有ASIC等）的计算资源、使用各种存储介质（SRAM、DRAM、SSD、SCM等）的存储单元资源和相互间的各种网络连接资源。多样化应用需要多元化、专业化、智慧化的网络，现有的网络架构很难适应多样化应用，必须发展颠覆性创新技术，实现网络全维可定义，使网络世界获得与现实世界可匹配的多模态融合活力。
软件定义互连技术就是针对未来多样化需要的新型网络技术，是交换与互连技术及产业的未来演进形态，是体系架构的核心技术，能从架构技术上保证信息系统的高效能与灵活性，其发展趋势主要包括两点：
一是着力突破软件定义互连技术基础理论问题、基础支撑技术和共性关键技术问题，形成覆盖标准规范、芯片、设备、网络平台、软件、工具等在内的体系化成果；
软件定义大互连生态示意图
二是瞄准信息基础设施的技术升级，着眼数据中心、行业信息基础设施、物联网等关键应用的新型体系结构发展，打造支持软件定义互连为内核的新型数据中心和产业体系，形成从终端、到边缘计算、到汇聚接入、到核心交换的软件定义大互连生态。
产业影响
SDI在原理上具有普适性，技术上具有泛在性，应用上具有普适性，具有天然的结构增益，普适的应用领域，颠覆的行业前景。SDI的产业链很长、产品面很广，涉及产业包括芯片设计、芯片制造、封装测试、板卡设计、整机研制、软件开发等诸多产业，产品种类涵盖IP核、系列芯片、板卡部件、整机设备、解决方案等诸多形态，可充分整合上下游厂商，迅速做成产值规模过亿的产业公司。按照现有互连技术逐步演进和过渡到SDI技术测算，SDI芯片和IP核的市场规模十亿元数量级；SDI相关板卡和设备的市场规模在百亿元数量级，SDI解决方案的市场规模可达千亿元数量级，市场前景广阔。
2017年，国家数字交换系统工程技术研究中心牵头发起成立了“软件定义互连（SDI）技术和产业创新联盟”，截止2020年成员单位170多家，旨在打造未来交换互连的标准体系，为信息系统的体系结构升级提供核心器件支撑，围绕优化产业技术创新链，创新产学研结合机制，实现企业、大学和科研机构在战略层面的有效结合，共同致力于突破软件定义互连技术和产业发展的瓶颈，推动SDI创新链、产业链交织协同形成产业集群，建立研、产、融相结合的一体化SDI生态平台。
生态体系
软件定义互连生态横跨了设计业、制造业和服务业，生态体系可以分为四层架构：芯片层、硬件层、软件层和应用层（如图5所示）。
图5-SDI生态体系结构
芯片层包含软件定义计算芯片、软件定义互连芯片、软件定义存储器等底层核心芯片；硬件层主要包含计算板卡、SDI板卡、SDI设备、管理卡等硬件板卡；软件层则包含了驱动、中间件、编译器、操作系统、数据库、领域专用语言等；应用层包含行业、通信、医疗成像、工业控制、AR、物联网、HPC、机器人等多种应用。通过整合芯片层、硬件层和软件层，建立开源开放基础平台，为上层应用提供基于开放接口的开发环境，从而帮助应用提供商更快、更灵活开发产品，加速占领市场。
应用前景
互连作为体系结构的两大核心组成要素之一，其创新和进步对体系结构发展将起到直接的推动作用。由于体系结构又是信息系统和信息网络的核心使能技术，不仅直接决定信息系统和信息网络的功能和性能，而且还决定信息系统和信息网络的效能和安全，因此，针对互连的创新具有很强的基础性、渗透性和使能性。
基于软件定义互连的技术架构，简单拓展芯片内部的流表级数，就可以无缝支持到软件定义网络、软件定义传输层乃至软件定义应用的业务解析、流表匹配和在线动作，继而构建广义的软件定义互连“多模态”组网体系，彻底拆除当前数据中心、云计算乃至互联网技术基因的刚性藩篱，释放出软件定义软硬件协同信息基础设施的巨大技术红利。软件定义互连是多模态智慧网络全维可定义技术的底层支撑技术，随着软件定义互连协议层次的向上延展，路由机制的软件定义、寻址方式的软件定义、服务质量的软件定义、网络运营的软件定义都将成为现实，一个能够支撑国家网络强国战略的多模态智慧网络将逐渐服务于我们的学习、生活、工作，以及社会的生产、治理和服务，迎来以软件定义为特征的智能时代。
随着软件定义互连技术的发展，其应用场景进一步扩展至晶上系统（SoW：System on Wafer）领域，解决SoW发展初期异构多Die之间互连的问题，并将作为SoW内部Die-to-Die之间的互连规范，构建一个开放式的SoW生态。