芯片的互连标准，也要自主可控！

持续跟跑还是自主引领? RapidlO技术浅谈 (下)

在《持续跟跑还是自主引领？RapidIO技术浅谈（上）》我们分享了高性能嵌入式互连技术RapidIO的发展背景和技术优势，分析了当今国际市场布局，介绍了打破国外垄断的自主研发芯片，可点击链接查看详情。

1. 话语权外落，国际行业协会主导技术发展

RapidIO协议的发展主要由RapidIO行业协会推动，RapidIO行业协会成立于2000年，其宗旨是为嵌入式系统开发提供可靠的、高性能、基于包交换的互连技术。RapidIO协会成员可以获取并参与开发RapidIO互连架构规范、参考设计和总线功能开发模型。2003年10月，国际标准组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）一致通过了RapidIO互连规范，即ISO/IEC DIS 18372，这使RapidIO成为嵌入式互连技术方面得到授权的唯一标准。

RapidIO协议自提出以来，已经发布了V1.0/1.2/1.3，V2.0/2.1/2.2，V3.0/3.1/3.2，V4.0/4.1等标准规范：RapidIO 1.x标准支持的信号速率为1.25GHz、2.5GHz和3.125GHz；RapidIO 2.x标准在兼容Rapid IO 1.x标准基础上，增加了支持5GHz和6.25GHz的传输速率；RapidIO 3.x标准在兼容RapidIO 1.x和2.x的基础上，增加了10Ghz的传输速率；RapidIO 4.x标准在兼容RapidIO 3.x的基础上，增加了25Ghz的传输速率。从RapidIO 3.x开始支持时间确定性服务的精确时间同步，最大理论传输距离也增至34公里左右。

RapidIO发展路线图

（相关数据来源于RapidIO行业协会网站）

2.维护国家安全，推动RapidIO优势技术发展

PCIe协议得益于高性能计算、智能计算等算力的飞速发展刚需，已进入PCIe 6.0时代，同时以太网协议得益于数据中心、云计算、边缘计算等对网络带宽的飞速发展刚需，也已经进入800G时代。而RapidIO协议由于商业和生态等原因，自RapidIO 4.1版本以后，版本没有更多更新。RapidIO协议的主要发展厂商IDT，在被瑞萨电子收购后对RapidIO方向的投入也稍显不足，这给了我国在RapidIO技术领域从“跟跑”、“并跑”到“领跑”的绝佳契机。

一方面，相比以太网、PCIe等协议，RapidIO技术具有独特的优势。以太网默认的转发机制叫做“Best Effort”，即尽力而为，无法保证包的端到端确定性传输。为了弥补这一天然缺陷，通过引入时间分段、规划调度、循环队列转发等技术，发展出了时间触发以太网TTE（Time-triggered Ethernet）和时间敏感性网络TSN（Time Sensitive Network），尽管实现了“类嵌入式高性能互连”的功能，却付出了物理层的复杂度、面积和功耗越来越大的代价，且在组网层面还需要重新改动才能很好的支持精确时间同步属性。当前，TSN尽管被多个行业当做“备选”乃至“优选”方案，但要形成普遍应用仍有很长的路要走，若考虑到终端在物理层和链路层的支持以及组网部署的重新调整，无疑是一个新的生态部署，因此，截止目前，尚没有成规模的TSN落地应用场景。PCIe协议采用的是树形拓扑结构，一般由根组件、交换设备、终端设备等类型的PCIe设备组成。PCIe总线是以CPU为中心的互连总线，在任何时刻其只有一个“主控大脑”，因此对于多主机而言，其原生就不支持。为了支持多主机通信，PCIe采用一种“非透明桥”技术，通过在非透明桥中配置主机映射的方法，实现非常有限的主机处理能力。此外PCIe只能应用于板卡内电互连，不支持光纤互连，不适用于长距离传输。从下图三种典型互连协议之间的对比可以发现，RapidIO在软件开销、传输效率、时延及嵌入式应用场景上均具有独特的优势。

另一方面，自主发展下一代RapidIO技术是国家所需。鉴于RapidIO技术独特的优势，其在军事、航天等领域有不可替代的地位，针对我国在特殊领域的需求，通过聚集国内的技术与产业资源，共同讨论并形成后续的发展路标，对我国特殊领域的高性能嵌入式互连发展具有重要意义。

3.内涵发展，以原创技术赋能标准完善生态

随着云计算、大数据、物联网和人工智能等新一代信息技术的高速发展，互联网正在从消费时代走向产业时代，智能互连、信息整合、数据决策、人机协作将逐步成为产业互联网时代的内在典型特征，以人、数据、机器三元融合下的万物智能互连时代已经到来。智能时代的竞争，必然是信息化、智能化的技术较量，如何精准、高效地实现人机物智慧互连，应变多元化、复杂化的高速互连需求，成为互连协议发展面临的挑战。以国防军工为例，现代化战争要实现各作战平台、作战要素、作战系统、作战单元等实体的高度融合，形成多军兵种整体联动体系作战，必须构建互连互通、高度自适应的互连网络，使各军兵种内部及相互之间的感知、指挥控制等系统融为一体，各个作战单元、各类武器系统灵活联通操作，使作战系统实现即时“感知环境”、迅速“认知计算”、 精准“打击反应”的高水平体系建设，在智能化、信息化时代保持领先优势。

目前，我国高性能嵌入式互连标准经过10多年跟踪和发展，在RapidIO技术设计和应用上已实现了由模仿跟随到并跑阶段的跨越，完全具备独立发展相关理论和技术的能力和基础。面对未来环境、科技及应用的发展，超异构、强实时、高可靠、高能效是互连网络的发展目标，以RapidIO为代表的高性能嵌入式互连协议为基点，探讨从嵌入式专用网络向人机物智联网络的互连发展之路。

如何找到我国在互连体系方面的内涵式发展之路？2009年邬江兴院士提出的软件定义互连SDI（Software Defined Interconnection）提供了很好的落地抓手，由于SDI是通过软件定义硬件的方式来支持交换互连，既可以软件定义支持RapidIO等协议高级版本，为我国自主发展面向行业场景需求的单协议，如嵌入式高性能RapidIO协议，提供了统一的技术架构和支持平台；又可以基于软件定义互连技术基因实现跨接和生成多种协议的SDI芯片，支持异构协议和自定义协议的混合互连，打造我国创新引领的软件定义互连组网体系，走出一条既开放又自主、既演进又变革、既共生又共存的嵌入式高性能互连协议发展之路，支撑我国的自主RapidIO 4.x和5.x等持续演进与升级发展。