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(wù)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(shí)體經(jīng)濟(jì)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(biāo)志，已成為驅(qū)動(dòng)未來發(fā)展的重要力量。

軟件定義擴(kuò)展了產(chǎn)品的功能，變革了產(chǎn)品的價(jià)值創(chuàng)造模式，催生了平臺化設(shè)計(jì)、個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化生產(chǎn)、服務(wù)化延伸、數(shù)字化管理等新型制造模式，推動(dòng)了平臺經(jīng)濟(jì)、 共享經(jīng)濟(jì)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(chǔ)設(shè)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(qiáng)政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)，做強(qiáng)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(jī)制創(chuàng)新，構(gòu)建協(xié)同聯(lián)動(dòng)、自主可控的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系。

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

創(chuàng)新軟件運(yùn)營服務(wù)模式， 推廣軟件訂閱、 計(jì)次收費(fèi)等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)軟件交付、產(chǎn)品升級、運(yùn)維服務(wù)的一體化。建立市場化創(chuàng)新機(jī)制，探索建立責(zé)任共擔(dān)的應(yīng)用保障機(jī)制，進(jìn)一步完善軟件與重點(diǎn)領(lǐng)域融合創(chuàng)新機(jī)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(yīng)用的廣度和深度，打造軟件定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、平臺支撐、 服務(wù)增值、智能主導(dǎo)的新型制造業(yè)體系。

 “軟件定義”的發(fā)展脈絡(luò)與潛在影響

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

作為《軟件定義存儲(chǔ)：原理、實(shí)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(lǐng)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(luò)（Software Defined Network）。通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面與數(shù)據(jù)平面分離開來，實(shí)現(xiàn)可編程化控制和網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)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(bào)》發(fā)表《軟件正在吞噬整個(gè)世界》，認(rèn)為當(dāng)今的軟件應(yīng)用無所不在，并且正在吞噬整個(gè)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(luò)服務(wù)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(yù)計(jì)將有更多的行業(yè)被軟件所瓦解?！?/p>

2015年10月，筆者在準(zhǔn)備撰寫《軟件定義存儲(chǔ)：原理、實(shí)踐與生態(tài)》時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用編程接口）等方式，實(shí)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(dòng)地進(jìn)行硬件資源的部署、優(yōu)化和管理，提供高度的靈活性，為應(yīng)用提供服務(wù)。

簡而言之，軟件定義就是更多地由軟件來驅(qū)動(dòng)并控制硬件資源。

“軟件定義”實(shí)現(xiàn)的過程

需要注意的是，軟件定義其實(shí)是一個(gè)過程，不是一蹴而就的目標(biāo)，它分成不同階段。軟件定義逐漸將硬件與軟件進(jìn)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(wù)的方式逐步暴露給應(yīng)用，分階段地滿足應(yīng)用對資源的不同程度、不同廣度的靈活調(diào)用。

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

長期以來，國內(nèi)有個(gè)誤區(qū)，把軟件定義存儲(chǔ)幾乎等同于分布式存儲(chǔ)。實(shí)際上，無論是這個(gè)概念的首倡者VMware，還是EMC（已被DELL收購）、IBM、Gartner、IDC、SNIA，都認(rèn)為SDS應(yīng)具有如下共同點(diǎn)：抽象、解耦、標(biāo)準(zhǔn)化；虛擬化、池化；策略驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)化等。在《軟件定義存儲(chǔ)：原理、實(shí)踐與生態(tài)》一書中，筆者給出了如下定義：

“軟件定義的存儲(chǔ)（SDS）是一個(gè)不斷進(jìn)化的概念，在現(xiàn)階段看來，是指存儲(chǔ)資源由軟件自動(dòng)控制，通過抽象、池化和自動(dòng)化，將標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器內(nèi)置存儲(chǔ)、直連存儲(chǔ)，外置存儲(chǔ)，或云存儲(chǔ)等存儲(chǔ)資源整合起來，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用感知，或者基于策略驅(qū)動(dòng)的部署、變更和管理，最終達(dá)到存儲(chǔ)即服務(wù)的目標(biāo)。

軟件定義存儲(chǔ)包含兩個(gè)部分：一部分是控制平面，基于策略或者基于應(yīng)用的存儲(chǔ)資源分配、變更和管理；另一部分是數(shù)據(jù)平面，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存放、處理和優(yōu)化?！?/p>

簡而言之，軟件定義存儲(chǔ)的發(fā)展方向就是存儲(chǔ)即服務(wù)。如果把存儲(chǔ)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(huì)通過NVMe over Fabric來配合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心即計(jì)算機(jī)；如果云巨頭希望淋漓盡致、充分地利用SSD資源，類似存儲(chǔ)即服務(wù)，作為設(shè)備即計(jì)算機(jī)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(chǔ)—區(qū)塊鏈存儲(chǔ)開始出現(xiàn)，例如類似IPFS（點(diǎn)對點(diǎn)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(yīng)用

軟件定義這個(gè)概念剛剛誕生時(shí)，主要還是圍繞著IaaS，通過提高計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)的資源池的利用率、運(yùn)維的效率，來應(yīng)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(dòng)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(shí)至今日，政策的制定者開始把“軟件定義”上升到“賦予基礎(chǔ)設(shè)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(jìn)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(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈上下游的“抽象”，也即解耦、“池化”、“自動(dòng)化”來實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源（可視為社會(huì)資源的一部分）的充分共享和復(fù)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(gè)公司或集團(tuán)的封閉系統(tǒng)，以開放、融合的心態(tài)，在數(shù)字中國建設(shè)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(jìn)大中小企業(yè)融通發(fā)展。鼓勵(lì)大型工業(yè)企業(yè)、重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)通過剝離軟件業(yè)務(wù)、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(wù)企業(yè)開展兼并重組和專業(yè)化、體系化整合。鼓勵(lì)大企業(yè)開放創(chuàng)新資源，建設(shè)“雙創(chuàng)”平臺，向中小企業(yè)提供開發(fā)環(huán)境和科研基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)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(lǐng)域，形成具有市場競爭力的專用產(chǎn)品，實(shí)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(fèi)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(yàn)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(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)了全球頂級電子消費(fèi)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(dòng)數(shù)字化升級的同時(shí)，達(dá)到延伸產(chǎn)業(yè)鏈、提升價(jià)值鏈的實(shí)際效用。

《規(guī)劃》的出臺，意味著軟件定義（解耦、池化、自動(dòng)化）破圈，從為IT基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，升級到為推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型而服務(wù)。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(wù)等業(yè)務(wù)的數(shù)字化，以及研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造的數(shù)字化。

例如，位于山東濟(jì)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(jī)器人一刻不停，每8分鐘自動(dòng)鎖完130顆螺絲，而同樣的工作量人工大概需要1個(gè)小時(shí)；在產(chǎn)品品質(zhì)管控上，浪潮智能工廠實(shí)施大數(shù)據(jù)采集引擎、整合數(shù)據(jù)采集渠道，覆蓋整個(gè)工廠制造現(xiàn)場。在30道工序、120次信息采集之后，依然能實(shí)現(xiàn)對每一塊部件、每一步工序和每一套整機(jī)柜的全程數(shù)據(jù)信息采集，以確保產(chǎn)品經(jīng)過25項(xiàng)嚴(yán)苛測試之后，良品率仍高達(dá)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(jìn)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(dāng)某個(gè)軟件功能具備普適性的條件（如廣需求、大規(guī)模、低成本）時(shí)，又可能與硬件融合，以固件或者集成進(jìn)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(jì)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(wù)，硬件重構(gòu)的方向是一切皆計(jì)算機(jī)。

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

第一代硬件特征是服務(wù)器即計(jì)算機(jī)，軟件特征是虛擬化以及管理；第二代硬件特征是機(jī)柜即計(jì)算機(jī)，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(jì)算機(jī)；軟件特征是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心。

在IT基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)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(jī)柜級別、服務(wù)器級別），還有微觀（組件、設(shè)備），都有類似的趨勢。當(dāng)我們觀察服務(wù)器的各個(gè)設(shè)備，如SmartNIC、Nvidia DPU、Intel IPU等，還有SSD（包含了主控、Firmware、顆粒）時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們也是精簡版的、超微型的計(jì)算機(jī)，也即設(shè)備即計(jì)算機(jī)。硬件重構(gòu)的方向是一切皆計(jì)算機(jī)。這個(gè)趨勢不僅適用于IT基礎(chǔ)架構(gòu)，還適用于所有的智能制造領(lǐng)域，如Meta（原名FaceBook）的觸覺手套，可以看成是手套即計(jì)算機(jī)。根據(jù)場景的需求不同，我們會(huì)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(jì)算機(jī)”）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(jī)場、城市乃至地球，都會(huì)朝著“計(jì)算機(jī)”（也即智能體，大的可視為復(fù)雜巨系統(tǒng)）的方向發(fā)展。背后的原因是，更快的響應(yīng)、更低的成本，更懂人類（個(gè)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(wù)。

 “軟件定義”與“東數(shù)西算”的關(guān)系

2022年1月12日國務(wù)院印發(fā)的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》明確提出，要加快實(shí)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(shí)施效果將會(huì)是在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)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(jìn)東西部共同富裕。

“東數(shù)西算”將推動(dòng)時(shí)下火熱的元宇宙成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(shí)）和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、區(qū)塊鏈、Web 3.0、5G/6G等技術(shù)的應(yīng)用場景，是未來數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(gè)主要計(jì)算平臺，我們今天的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)根本不足以實(shí)現(xiàn)這一愿景，要達(dá)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(yàn)，我們必須在相同甚至更低的能耗下實(shí)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(jì)算機(jī)等技術(shù)，本質(zhì)上是應(yīng)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(wù)成千上萬的人群，因此資源的調(diào)度僅限在機(jī)架式服務(wù)器級別已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，至少需要在數(shù)據(jù)中心級別。相應(yīng)的，元宇宙應(yīng)用，或者未來可能做到全國跨部門跨省區(qū)數(shù)據(jù)即時(shí)打通的健康寶或通信行程卡，以及當(dāng)下受限于技術(shù)和想象力尚未出現(xiàn)的國家級應(yīng)用場景，將促進(jìn)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(diǎn)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(chǔ)（一種去中心化存儲(chǔ)），相關(guān)技術(shù)涉及跨域（指數(shù)據(jù)中心）容錯(cuò)、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(jì)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(shè)計(jì)類似IPFS的結(jié)合歸檔功能，實(shí)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(zāi)、計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的外包，以及延時(shí)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(yùn)營、備件管理、運(yùn)維人才等領(lǐng)域的發(fā)展，促進(jìn)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(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型服務(wù)；軟件定義的方向是一切皆服務(wù)，硬件重構(gòu)的方向是一切皆計(jì)算機(jī)；“東數(shù)西算”本質(zhì)是在國家層面實(shí)現(xiàn)資源池的軟件定義；元宇宙將成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(wù)器和存儲(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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。