世界首款SDI芯片，自研自制成功！

梅特卡夫定律指出，一个网络的价值和这个网络节点数的平方成正比，换句话说，数字经济时代的发展必然走向“万物互联”时代，互联互通是实现未来社会高速发展的关键。随着物联网、大数据、云计算等产业发展，数据规模呈现爆炸式增长，据IDC预测，2025年全球物联网设备将超750亿，全球每天产生的数据则高达490EB。掌握先进的互连技术，亦是中国半导体产业发展的关键，面对传统互连芯片技术被国外巨头垄断的劣势局面，中国如何破局？

软件定义互连技术（Software Defined Interconnection，SDI）作为互连技术的新方向，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。软件定义互连技术作为交换互连的高级形态，可以实现相同协议和不同协议的数据交换，不论通信、导航、遥感等信息都可以无缝对接、顺畅交互，实现电子信息装备的谱系化、精简化、可扩展和易维护，有效破解电子信息装备综合一体化的发展瓶颈，直接催生面向威胁的软件定义装备生成模式，全面带动指挥控制和网络通信等电子信息装备的体系升级。

2016年10月15日，软件定义互连芯片立项启动，历时924天，由我国研发团队研制的世界首款软件定义互连芯片SDI3210问世，2019年该芯片被评为“中国芯”重大项目转化成果奖，并于2021年亮相“十三五”科技创新成就展。SDI3210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优势，可用于解决大带宽、高实时灵活数据交互为需求的领域，如通信导航、测量、国产计算机系统、高性能计算等。

SDI3210软件定义互连芯片，可支持物理层和数据链路层可软件定义的异构协议互连；最多可支持32个端口或32路高速通道，具备软件定义端口协议、软件定义交换模式、可编程协议转换等功能，支持RapidIO 3.0、8G FC和10G Ethernet三种异构协议的高速数据交换，最大交换容量320Gbps；具有高带宽、高灵活、高实时等特点。

图-SDI3210结构框图

为了用户更好地使用SDI3210芯片灵活的软件定义配置和一型可替代多个品种的强大能力，该项目同步配套了多种软硬件工具支持，包括SDI3210评估板、SDI3210 OPT性能测试板、SDI3210配套软件。其中SDI3210评估板通用架构分为1个主板，3个配置处理器，3个协议处理器，形成集SDI协议处理、协议转换、数据交换为一体的应用平台，可提供面向系统的集成式演示平台，降低用户开发风险，加快系统开发应用的时间；性能测试板则用于SDI3210交换芯片的功能及性能评估，单板交换能力为320Gbps，用于快速搭建用户自组网测试平台；配套软件可用来指导用户快速学习和使用3210芯片的各种功能，对交换芯片进行管理和配置，包括端口状态查看及配置、路由配置、协议解析与转换配置、初始化配置。

当前我们处在一个互连无所不在的时代，Ethernet协议、RapidIO协议以及FC协议等高速通信协议分别在数据中心、人工智能、嵌入式系统、高性能计算、存储系统中得到了广泛应用。SDI3210芯片既可作为单一协议网络的交换芯片应用，也可工作于混合协议混式，实现不同二层协议之间的互连互通，发展至今，已通过软件定义应用于多种场景。

以数字信号处理系统为例，在实际应用中经常需要实现多种协议数据的接收、转发、异构协议数据转发等功能，如下图所示，边缘的数据采集芯片将数据采集完成后，经处理器处理后再通过RapidIO协议数据进行处理交换转发，转发的数据可以存放到本地的存储系统或者远端的存储系统中。其中本地存储系统数据存放中，需要RapidIO协议与FC协议之间的转换；远端存储系统数据存放中，则需要RapidIO协议、以太网协议、FC协议三者之间的转换，即不同边缘节点处理后的数据有交换转发的需求，各个专用网络中都有数据交换转发的需求。三种专用网络交换芯片和三种协议转换的桥接芯片的使用，增加了系统的维护难度。基于SDI3210芯片支持多协议融合的特性，将该系统中所有的协议转换和数据交换的芯片全部升级为SDI芯片，与DSP/CPU/FPGA、存储节点、服务器等不同协议类型的处理节点相连，即可实现一种SDI板卡替换原有装备中的三种不同协议和功能的网络交换板卡，极大的缩短了研发周期，降低了产品成本，简化了系统谱系。

图-基于SDI的信号处理系统

在视频传输系统中，典型的案例需求是通过四路千兆以太网端口实现摄像头数据的接收，然后将数据转换为FC协议，并通过FC交换网络将数据存放到存储单元中，实现视频数据的实时存放，控制系统可通过422总线控制FC存储设备数据的选择和读取，并且通过传输装置实现视频数据传输，最后将接收的视频数据进行解码并实时显示。然而由于受限于空间环境，视频采集和观测点较少，但是观测手段多样，并且存储设备为FC协议，因此需要实现千兆以太网协议与FC协议，RapidIO协议与FC协议之间数据的转换。同样地，基于SDI3210芯片设计的视频传输系统原型，通过一块板卡实现了千兆以太网协议与FC协议，RapidIO协议与FC协议异构协议数据之间限速协议转换和实时转发，实现了用户需求的高效解决。

在新产品批量测试应用中，某产品支持RapidIO协议和Ethernet协议，两种协议接口均需进行测试。在测试中，从自动化系统测试切换到人工专项测试，由于测试接口类型不一致，人工专项测试接口数量受限，需要频繁切换测试网络，造成测试过程复杂、测试结果不一致、排查故障困难等问题。自动化测试系统的开发是该案例的核心需求，难点则是实现任意接口互连下RapidIO与以太网协议的互连互通，因此采用传统固有协议接口的数据交换机将需要不断的改变硬件设备，难以降低人工成本，采用SDI3210芯片的方案能够解决该问题，支持灵活互通，提高测试效率。

软件定义互连技术被喻为软件定义时代的“柔性韧带”，已成为新一代信息网络系统的崭新“内核”，直接决定着信息系统体系架构整体技术的进步，是我国信息系统技术体系从“跟踪仿制”到“创新超越”跨越式发展的抓手级技术。为了强化我国战略科技力量，带动信息产业整体升级，更好地构建软件定义互连生态系统，2017年11月25日，由国家数字交换系统工程技术研究中心和清华大学牵头，联合国内顶尖高等院校、科研院所、企业和金融机构等单位，发起成立中国首个网信领域软件定义互连技术与产业联盟；为进一步助力集成电路"卡脖子"技术创新及产业应用，2022年12月，SDI联盟全面更名升级为软件定义晶上系统（SDSoW）技术与产业联盟。清华大学为理事长单位，秘书处设于天津市滨海新区信息技术创新中心。目前，联盟成员单位达280余家，覆盖IP、芯片、板卡、设备、软件和应用相关的产业链企业。SDSoW联盟以打造晶上系统领域的战略智库、学术高地、产业联盟为宗旨，围绕学术、生产、应用建设行业协同创新发展平台，坚持科技引领发展原则，围绕新型举国体制建设，打造晶上系统产业生态。

随着相关IP核、芯片和板卡产品的推广应用，软件定义互连生态体系也正在逐步构建，2022年5月，井芯微电子技术（天津）有限公司携手软件定义晶上系统技术与产业联盟，围绕SDI3210芯片的创新应用推广启动了“芯火燎原”行动，目前SDI3210芯片已成功覆盖80余家应用单位。未来，将基于核“芯”SDI3210服务智能社会发展，通过研发升级、方案优化、应用迭代，打造实现国产替代、开发便捷、应用广泛的SDI3210，加速软硬件工具协同赋能，全面释放提升SDI3210芯片能效；深入开展多场景验证开发，构筑更加全面的解决方案；提高技术支持及产品服务能力，向一站式服务体系建设冲刺，秉承“创新、开放、利他、长期”的价值观，致力实现集成电路产业报国。