十四五”規(guī)劃中的“軟件定義”

工業(yè)和信息化部在2021年11月30日發(fā)布了《“十四五”軟件和信息技術(shù)服務業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）。“軟件定義”、“智能制造”占據(jù)了不少篇幅。

《規(guī)劃》指出，“軟件定義”賦能實體經(jīng)濟新變革，“軟件定義”是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的新特征和新標志，已成為驅(qū)動未來發(fā)展的重要力量。

軟件定義擴展了產(chǎn)品的功能，變革了產(chǎn)品的價值創(chuàng)造模式，催生了平臺化設計、個性化定制、網(wǎng)絡化協(xié)同、智能化生產(chǎn)、服務化延伸、數(shù)字化管理等新型制造模式，推動了平臺經(jīng)濟、 共享經(jīng)濟蓬勃興起。

軟件定義賦予了企業(yè)新型能力，航空航天、汽車、重大裝備、鋼鐵、石化等行業(yè)企業(yè)紛紛加快軟件化轉(zhuǎn)型，軟件能力已成為工業(yè)企業(yè)的核心競爭力。軟件定義賦予基礎設施新的能力和靈活性，成為生產(chǎn)方式升級、生產(chǎn)關(guān)系變革、新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要引擎。

加強政產(chǎn)學研用協(xié)同攻關(guān)，做強做大創(chuàng)新載體，充分釋放“軟件定義”創(chuàng)新活力，加速模式創(chuàng)新、機制創(chuàng)新，構(gòu)建協(xié)同聯(lián)動、自主可控的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系。

加快發(fā)展軟件定義計算、軟件定義存儲、軟件定義網(wǎng)絡，重點布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動駕駛等新興軟件定義平臺。 

創(chuàng)新軟件運營服務模式， 推廣軟件訂閱、 計次收費等服務，實現(xiàn)軟件交付、產(chǎn)品升級、運維服務的一體化。建立市場化創(chuàng)新機制，探索建立責任共擔的應用保障機制，進一步完善軟件與重點領域融合創(chuàng)新機制。

支撐制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。不斷拓展軟件在制造業(yè)各環(huán)節(jié)應用的廣度和深度，打造軟件定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動、平臺支撐、 服務增值、智能主導的新型制造業(yè)體系。

 “軟件定義”的發(fā)展脈絡與潛在影響

下面梳理一下“軟件定義”的發(fā)展脈絡，以及這個《規(guī)劃》對我國智能制造、IT基礎架構(gòu)等的潛在影響。

作為《軟件定義存儲：原理、實踐與生態(tài)》一書的作者，筆者欣喜地感覺到《規(guī)劃》賦予了“軟件定義”更深刻、更廣泛的內(nèi)涵。

2009年，IT領域首次出現(xiàn)軟件定義，Mckeown教授正式提出了SDN概念，也即軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Network）。通過將網(wǎng)絡設備的控制平面與數(shù)據(jù)平面分離開來，實現(xiàn)可編程化控制和網(wǎng)絡流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡及應用的創(chuàng)新提供了良好的平臺。

2011年，Netscape創(chuàng)始人馬克·安德森（硅谷著名投資人, 投資了Facebook、Groupon、Skype、Twitter、Zynga和LinkedIn等高科技公司），在《華爾街日報》發(fā)表《軟件正在吞噬整個世界》，認為當今的軟件應用無所不在，并且正在吞噬整個世界：“越來越多的大型企業(yè)及行業(yè)將離不開軟件，網(wǎng)絡服務將無所不在，從電影、農(nóng)業(yè)到國防。許多贏家將是硅谷式的創(chuàng)新科技公司，它們侵入并推翻了已經(jīng)建立起來的行業(yè)結(jié)構(gòu)。未來十年，我預計將有更多的行業(yè)被軟件所瓦解。”

2015年10月，筆者在準備撰寫《軟件定義存儲：原理、實踐與生態(tài)》時，提到：“軟件定義，究其本質(zhì)，就是將原來高度耦合的一體化硬件，通過標準化、抽象化，解耦成不同的部件。圍繞這些部件，建立起不同的抽象層，以API（應用編程接口）等方式，實現(xiàn)原來必須由硬件才能提供的功能。再由管理控制軟件，自動地進行硬件資源的部署、優(yōu)化和管理，提供高度的靈活性，為應用提供服務。

簡而言之，軟件定義就是更多地由軟件來驅(qū)動并控制硬件資源。

“軟件定義”實現(xiàn)的過程

需要注意的是，軟件定義其實是一個過程，不是一蹴而就的目標，它分成不同階段。軟件定義逐漸將硬件與軟件進行解耦，將硬件的可操控成分按需求，分階段地通過編程接口或者以服務的方式逐步暴露給應用，分階段地滿足應用對資源的不同程度、不同廣度的靈活調(diào)用。

彼時，軟件定義具體落腳到存儲，包括了現(xiàn)在已經(jīng)普及的分布式存儲（彼時也被人叫做Server SAN）和超融合（HCI），但實際上被許多人忽略了另外一部分，也即集中式存儲的云化，或曰服務化，也即支持OpenStack之Cinder、VMware之VASA/VAAI、Kubernetes之CSI（容器存儲接口）等。如果我們站在使用者視角來看，實際上還可以發(fā)現(xiàn)，軟件定義作為一個過程，它是分層次、分階段逐步實現(xiàn)的，對應的服務模式就是IaaS（Infrastructure as a Service，基礎架構(gòu)即服務），PaaS（Platform as a Service，平臺即服務）和SaaS（Software as a Service，軟件即服務），使用者分別是運維管理人員、開發(fā)部署人員、業(yè)務應用用戶，如圖1所示。

長期以來，國內(nèi)有個誤區(qū)，把軟件定義存儲幾乎等同于分布式存儲。實際上，無論是這個概念的首倡者VMware，還是EMC（已被DELL收購）、IBM、Gartner、IDC、SNIA，都認為SDS應具有如下共同點：抽象、解耦、標準化；虛擬化、池化；策略驅(qū)動、應用驅(qū)動、自動化等。在《軟件定義存儲：原理、實踐與生態(tài)》一書中，筆者給出了如下定義：

“軟件定義的存儲（SDS）是一個不斷進化的概念，在現(xiàn)階段看來，是指存儲資源由軟件自動控制，通過抽象、池化和自動化，將標準服務器內(nèi)置存儲、直連存儲，外置存儲，或云存儲等存儲資源整合起來，實現(xiàn)應用感知，或者基于策略驅(qū)動的部署、變更和管理，最終達到存儲即服務的目標。

軟件定義存儲包含兩個部分：一部分是控制平面，基于策略或者基于應用的存儲資源分配、變更和管理；另一部分是數(shù)據(jù)平面，負責數(shù)據(jù)的存放、處理和優(yōu)化。”

簡而言之，軟件定義存儲的發(fā)展方向就是存儲即服務。如果把存儲放到超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，例如云巨頭的環(huán)境里，將會通過NVMe over Fabric來配合實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心即計算機；如果云巨頭希望淋漓盡致、充分地利用SSD資源，類似存儲即服務，作為設備即計算機的SSD，其ZNS（Zoned Name Space）就能派上用場了。近幾年來，一種新形態(tài)的軟件定義存儲—區(qū)塊鏈存儲開始出現(xiàn)，例如類似IPFS（點對點的文件系統(tǒng)）、StorJ（去中心化的網(wǎng)盤），可以把它們看成是一種廣域網(wǎng)范圍內(nèi)的池化，跨越了城市，甚至洲際。

 “軟件定義”的場景應用

軟件定義這個概念剛剛誕生時，主要還是圍繞著IaaS，通過提高計算、網(wǎng)絡或存儲的資源池的利用率、運維的效率，來應對瞬息萬變的市場所需的敏捷性和彈性。6年來，我們逐漸發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了越來越多的“軟件定義”，例如軟件定義汽車（智能座艙、自動駕駛），軟件定義家居（智能家居），軟件定義建筑（BIM/建筑信息模型）……直至軟件定義制造（智能制造，如工業(yè)軟件CAD，3D、數(shù)字孿生、元宇宙之Omniverse），如圖2所示。

時至今日，政策的制定者開始把“軟件定義”上升到“賦予基礎設施新的能力和靈活性，成為生產(chǎn)方式升級、 生產(chǎn)關(guān)系變革、 新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要引擎”，簡而言之就是推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型的利器。通過分而治之（分層）、術(shù)業(yè)有專攻、共享平臺的能力輸出，在供應鏈和產(chǎn)業(yè)鏈上下游的“抽象”，也即解耦、“池化”、“自動化”來實現(xiàn)企業(yè)資源（可視為社會資源的一部分）的充分共享和復用。解決不同廠商軟件、硬件、研發(fā)、管理和銷售等平臺的互操作性、可移植性、適配性等問題，提高利用率，賦能千行百業(yè)。希望借此來打破一個公司或集團的封閉系統(tǒng)，以開放、融合的心態(tài)，在數(shù)字中國建設過程中，各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，助力我國追趕甚至超越其他國家。

《規(guī)劃》提出：推進大中小企業(yè)融通發(fā)展。鼓勵大型工業(yè)企業(yè)、重點行業(yè)企業(yè)通過剝離軟件業(yè)務、整合行業(yè)軟件力量，培育骨干軟件企業(yè)。支持軟件和信息技術(shù)服務企業(yè)開展兼并重組和專業(yè)化、體系化整合。鼓勵大企業(yè)開放創(chuàng)新資源，建設“雙創(chuàng)”平臺，向中小企業(yè)提供開發(fā)環(huán)境和科研基礎設施，推動大中小企業(yè)深度協(xié)同。支持中小型軟件企業(yè)深耕特定行業(yè)、領域，形成具有市場競爭力的專用產(chǎn)品，實現(xiàn)專業(yè)化、特色化發(fā)展。

例如，工業(yè)富聯(lián)開發(fā)的一站式精密刀具磨削APP，在疫情期間免費開放給數(shù)十家刀具生產(chǎn)企業(yè)共用，將生產(chǎn)技術(shù)與經(jīng)驗輸送給中小企業(yè)。得益于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+專業(yè)APP技術(shù)一致、質(zhì)量一致、生產(chǎn)協(xié)同等優(yōu)勢，與眾多企業(yè)合作，在4個月內(nèi)實現(xiàn)了全球頂級電子消費品加工刀具超過千萬支的量級生產(chǎn)，解決了中小企業(yè)技術(shù)水平不高、市場訂單不足的問題，在推動數(shù)字化升級的同時，達到延伸產(chǎn)業(yè)鏈、提升價值鏈的實際效用。

《規(guī)劃》的出臺，意味著軟件定義（解耦、池化、自動化）破圈，從為IT基礎架構(gòu)服務，升級到為推進企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型而服務。具體到制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，包括了制造企業(yè)的經(jīng)營管理、銷售服務等業(yè)務的數(shù)字化，以及研發(fā)設計、生產(chǎn)制造的數(shù)字化。

例如，位于山東濟南的浪潮高端裝備智能工廠，擁有中國第一條信息化高端裝備智能制造產(chǎn)線。流水線上的智能鎖螺絲機器人一刻不停，每8分鐘自動鎖完130顆螺絲，而同樣的工作量人工大概需要1個小時；在產(chǎn)品品質(zhì)管控上，浪潮智能工廠實施大數(shù)據(jù)采集引擎、整合數(shù)據(jù)采集渠道，覆蓋整個工廠制造現(xiàn)場。在30道工序、120次信息采集之后，依然能實現(xiàn)對每一塊部件、每一步工序和每一套整機柜的全程數(shù)據(jù)信息采集，以確保產(chǎn)品經(jīng)過25項嚴苛測試之后，良品率仍高達99.6%。由此，浪潮智能工廠的整體交付周期從18天縮短至5~7天，生產(chǎn)效率提升30%，客戶TCO降低31%。

軟件定義助力了智能制造，反過來制造業(yè)（含工業(yè)等）在不斷迭代、智能化的發(fā)展過程中，也促進了軟件向縱深發(fā)展，形成了不同層次、和硬件耦合度不同的形態(tài)。當某個軟件功能具備普適性的條件（如廣需求、大規(guī)模、低成本）時，又可能與硬件融合，以固件或者集成進入硬件的形態(tài)出現(xiàn)。軟硬件的解耦和耦合，隨著場景的變化、需求的調(diào)整，不斷演化。

結(jié)合過去十多年云計算、數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，我們可以清晰地看到一條主線：軟件定義的方向是一切皆服務，硬件重構(gòu)的方向是一切皆計算機。

實際上，早在2014年的Inspur World（浪潮技術(shù)與應用大會）上，浪潮就提出將分三步推進融合架構(gòu)產(chǎn)品的開發(fā)：

第一代硬件特征是服務器即計算機，軟件特征是虛擬化以及管理；第二代硬件特征是機柜即計算機，軟件特征是軟件定義的數(shù)據(jù)中心；第三代硬件特征是數(shù)據(jù)中心即計算機；軟件特征是業(yè)務驅(qū)動數(shù)據(jù)中心。

在IT基礎設施領域內(nèi)，不只是宏觀（超大規(guī)模，如數(shù)據(jù)中心級別）、中觀（機柜級別、服務器級別），還有微觀（組件、設備），都有類似的趨勢。當我們觀察服務器的各個設備，如SmartNIC、Nvidia DPU、Intel IPU等，還有SSD（包含了主控、Firmware、顆粒）時，你會發(fā)現(xiàn)它們也是精簡版的、超微型的計算機，也即設備即計算機。硬件重構(gòu)的方向是一切皆計算機。這個趨勢不僅適用于IT基礎架構(gòu)，還適用于所有的智能制造領域，如Meta（原名FaceBook）的觸覺手套，可以看成是手套即計算機。根據(jù)場景的需求不同，我們會發(fā)現(xiàn)，在不同的層次上，物體都有發(fā)展成為智能體（也即“計算機”）的趨勢。小到手環(huán)、眼鏡、音箱、鞋子、衣服、杯子，中到電燈桿、交通燈、道路，大到樓宇、機場、城市乃至地球，都會朝著“計算機”（也即智能體，大的可視為復雜巨系統(tǒng)）的方向發(fā)展。背后的原因是，更快的響應、更低的成本，更懂人類（個體、組織，乃至國家和全人類）的需求，為人類提供更靈活多樣化、更便利的服務。

 “軟件定義”與“東數(shù)西算”的關(guān)系

2022年1月12日國務院印發(fā)的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》明確提出，要加快實施“東數(shù)西算”工程。

如果我們從全國一盤棋統(tǒng)籌規(guī)劃和調(diào)度的視角來看，不難發(fā)現(xiàn)，“東數(shù)西算”實施效果將會是在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡資源的有序聚集、軟件定義和高效共享，最大化資源配置，以提高利用率，降低碳排放，并促進東西部共同富裕。

“東數(shù)西算”將推動時下火熱的元宇宙成為數(shù)字經(jīng)濟里的大場景。元宇宙也將是交互和展示技術(shù)如VR（虛擬現(xiàn)實）和AR（增強現(xiàn)實）、區(qū)塊鏈、Web 3.0、5G/6G等技術(shù)的應用場景，是未來數(shù)字經(jīng)濟最活躍、最具代表性的部分。Intel高級副總裁Raja Koduri表示，元宇宙可能是下一個主要計算平臺，我們今天的計算、存儲和網(wǎng)絡根本不足以實現(xiàn)這一愿景，要達到《雪崩》（元宇宙的英文詞metaverse來源于這本科幻小說）中的元宇宙體驗，我們必須在相同甚至更低的能耗下實現(xiàn)1000倍的算力增長。

回顧一下，為什么出現(xiàn)軟件定義的數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心即計算機等技術(shù)，本質(zhì)上是應用場景隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有了大的變化。例如Google的搜索、郵件，需要服務成千上萬的人群，因此資源的調(diào)度僅限在機架式服務器級別已經(jīng)遠遠不夠，至少需要在數(shù)據(jù)中心級別。相應的，元宇宙應用，或者未來可能做到全國跨部門跨省區(qū)數(shù)據(jù)即時打通的健康寶或通信行程卡，以及當下受限于技術(shù)和想象力尚未出現(xiàn)的國家級應用場景，將促進全國一體化數(shù)據(jù)中心和“東數(shù)西算”相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。以數(shù)字藏品為例，它包含元數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)，前者是鏈上數(shù)據(jù)，在區(qū)塊鏈全節(jié)點同步；后者通常是鏈下數(shù)據(jù)，是文檔、日志、圖像、音頻和視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，理想狀態(tài)需要區(qū)塊鏈存儲（一種去中心化存儲），相關(guān)技術(shù)涉及跨域（指數(shù)據(jù)中心）容錯、跨數(shù)據(jù)中心糾刪碼等。隨著中國文化和藝術(shù)與數(shù)字經(jīng)濟的融合與發(fā)展（例如國潮），將逐漸積累出大量的歷史數(shù)據(jù)，例如超過三年以上的數(shù)據(jù)，或可設計類似IPFS的結(jié)合歸檔功能，實現(xiàn)東數(shù)西遷。除了歸檔場景之外，“東數(shù)西算”還能在備份、容災、計算和數(shù)據(jù)處理的外包，以及延時要求較低的場景中發(fā)揮所長，并催生西部地區(qū)數(shù)據(jù)中心運營、備件管理、運維人才等領域的發(fā)展，促進東西部共同富裕。

最后總結(jié)一下，“《規(guī)劃》讓“軟件定義”破圈，為推進企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型服務；軟件定義的方向是一切皆服務，硬件重構(gòu)的方向是一切皆計算機；“東數(shù)西算”本質(zhì)是在國家層面實現(xiàn)資源池的軟件定義；元宇宙將成為數(shù)字經(jīng)濟里的大場景，未來將出現(xiàn)需要調(diào)度全國一體化數(shù)據(jù)中心資源的超大應用。

資訊轉(zhuǎn)載自“工信頭條”微信號，作者為葉毓睿 高效能服務器和存儲國家重點實驗室 首席研究員，本文發(fā)表于《中國工業(yè)和信息化》雜志2022年6月刊總第46期。