十四五”规划中的“软件定义”

工业和信息化部在2021年11月30日发布了《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》（以下简称《规划》）。“软件定义”、“智能制造”占据了不少篇幅。

《规划》指出，“软件定义”赋能实体经济新变革，“软件定义”是新一轮科技革命和产业变革的新特征和新标志，已成为驱动未来发展的重要力量。

软件定义扩展了产品的功能，变革了产品的价值创造模式，催生了平台化设计、个性化定制、网络化协同、智能化生产、服务化延伸、数字化管理等新型制造模式，推动了平台经济、 共享经济蓬勃兴起。

软件定义赋予了企业新型能力，航空航天、汽车、重大装备、钢铁、石化等行业企业纷纷加快软件化转型，软件能力已成为工业企业的核心竞争力。软件定义赋予基础设施新的能力和灵活性，成为生产方式升级、生产关系变革、新兴产业发展的重要引擎。

加强政产学研用协同攻关，做强做大创新载体，充分释放“软件定义”创新活力，加速模式创新、机制创新，构建协同联动、自主可控的产业创新体系。

加快发展软件定义计算、软件定义存储、软件定义网络，重点布局工业互联网、云计算、大数据、人工智能、自动驾驶等新兴软件定义平台。 

创新软件运营服务模式， 推广软件订阅、 计次收费等服务，实现软件交付、产品升级、运维服务的一体化。建立市场化创新机制，探索建立责任共担的应用保障机制，进一步完善软件与重点领域融合创新机制。

支撑制造业数字化转型。不断拓展软件在制造业各环节应用的广度和深度，打造软件定义、数据驱动、平台支撑、 服务增值、智能主导的新型制造业体系。

 “软件定义”的发展脉络与潜在影响

下面梳理一下“软件定义”的发展脉络，以及这个《规划》对我国智能制造、IT基础架构等的潜在影响。

作为《软件定义存储：原理、实践与生态》一书的作者，笔者欣喜地感觉到《规划》赋予了“软件定义”更深刻、更广泛的内涵。

2009年，IT领域首次出现软件定义，Mckeown教授正式提出了SDN概念，也即软件定义网络（Software Defined Network）。通过将网络设备的控制平面与数据平面分离开来，实现可编程化控制和网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。

2011年，Netscape创始人马克·安德森（硅谷著名投资人, 投资了Facebook、Groupon、Skype、Twitter、Zynga和LinkedIn等高科技公司），在《华尔街日报》发表《软件正在吞噬整个世界》，认为当今的软件应用无所不在，并且正在吞噬整个世界：“越来越多的大型企业及行业将离不开软件，网络服务将无所不在，从电影、农业到国防。许多赢家将是硅谷式的创新科技公司，它们侵入并推翻了已经建立起来的行业结构。未来十年，我预计将有更多的行业被软件所瓦解。”

2015年10月，笔者在准备撰写《软件定义存储：原理、实践与生态》时，提到：“软件定义，究其本质，就是将原来高度耦合的一体化硬件，通过标准化、抽象化，解耦成不同的部件。围绕这些部件，建立起不同的抽象层，以API（应用编程接口）等方式，实现原来必须由硬件才能提供的功能。再由管理控制软件，自动地进行硬件资源的部署、优化和管理，提供高度的灵活性，为应用提供服务。

简而言之，软件定义就是更多地由软件来驱动并控制硬件资源。

“软件定义”实现的过程

需要注意的是，软件定义其实是一个过程，不是一蹴而就的目标，它分成不同阶段。软件定义逐渐将硬件与软件进行解耦，将硬件的可操控成分按需求，分阶段地通过编程接口或者以服务的方式逐步暴露给应用，分阶段地满足应用对资源的不同程度、不同广度的灵活调用。

彼时，软件定义具体落脚到存储，包括了现在已经普及的分布式存储（彼时也被人叫做Server SAN）和超融合（HCI），但实际上被许多人忽略了另外一部分，也即集中式存储的云化，或曰服务化，也即支持OpenStack之Cinder、VMware之VASA/VAAI、Kubernetes之CSI（容器存储接口）等。如果我们站在使用者视角来看，实际上还可以发现，软件定义作为一个过程，它是分层次、分阶段逐步实现的，对应的服务模式就是IaaS（Infrastructure as a Service，基础架构即服务），PaaS（Platform as a Service，平台即服务）和SaaS（Software as a Service，软件即服务），使用者分别是运维管理人员、开发部署人员、业务应用用户，如图1所示。

长期以来，国内有个误区，把软件定义存储几乎等同于分布式存储。实际上，无论是这个概念的首倡者VMware，还是EMC（已被DELL收购）、IBM、Gartner、IDC、SNIA，都认为SDS应具有如下共同点：抽象、解耦、标准化；虚拟化、池化；策略驱动、应用驱动、自动化等。在《软件定义存储：原理、实践与生态》一书中，笔者给出了如下定义：

“软件定义的存储（SDS）是一个不断进化的概念，在现阶段看来，是指存储资源由软件自动控制，通过抽象、池化和自动化，将标准服务器内置存储、直连存储，外置存储，或云存储等存储资源整合起来，实现应用感知，或者基于策略驱动的部署、变更和管理，最终达到存储即服务的目标。

软件定义存储包含两个部分：一部分是控制平面，基于策略或者基于应用的存储资源分配、变更和管理；另一部分是数据平面，负责数据的存放、处理和优化。”

简而言之，软件定义存储的发展方向就是存储即服务。如果把存储放到超大规模的数据中心，例如云巨头的环境里，将会通过NVMe over Fabric来配合实现数据中心即计算机；如果云巨头希望淋漓尽致、充分地利用SSD资源，类似存储即服务，作为设备即计算机的SSD，其ZNS（Zoned Name Space）就能派上用场了。近几年来，一种新形态的软件定义存储—区块链存储开始出现，例如类似IPFS（点对点的文件系统）、StorJ（去中心化的网盘），可以把它们看成是一种广域网范围内的池化，跨越了城市，甚至洲际。

 “软件定义”的场景应用

软件定义这个概念刚刚诞生时，主要还是围绕着IaaS，通过提高计算、网络或存储的资源池的利用率、运维的效率，来应对瞬息万变的市场所需的敏捷性和弹性。6年来，我们逐渐发现，出现了越来越多的“软件定义”，例如软件定义汽车（智能座舱、自动驾驶），软件定义家居（智能家居），软件定义建筑（BIM/建筑信息模型）……直至软件定义制造（智能制造，如工业软件CAD，3D、数字孪生、元宇宙之Omniverse），如图2所示。

时至今日，政策的制定者开始把“软件定义”上升到“赋予基础设施新的能力和灵活性，成为生产方式升级、 生产关系变革、 新兴产业发展的重要引擎”，简而言之就是推进数字化转型的利器。通过分而治之（分层）、术业有专攻、共享平台的能力输出，在供应链和产业链上下游的“抽象”，也即解耦、“池化”、“自动化”来实现企业资源（可视为社会资源的一部分）的充分共享和复用。解决不同厂商软件、硬件、研发、管理和销售等平台的互操作性、可移植性、适配性等问题，提高利用率，赋能千行百业。希望借此来打破一个公司或集团的封闭系统，以开放、融合的心态，在数字中国建设过程中，各行各业数字化转型中，助力我国追赶甚至超越其他国家。

《规划》提出：推进大中小企业融通发展。鼓励大型工业企业、重点行业企业通过剥离软件业务、整合行业软件力量，培育骨干软件企业。支持软件和信息技术服务企业开展兼并重组和专业化、体系化整合。鼓励大企业开放创新资源，建设“双创”平台，向中小企业提供开发环境和科研基础设施，推动大中小企业深度协同。支持中小型软件企业深耕特定行业、领域，形成具有市场竞争力的专用产品，实现专业化、特色化发展。

例如，工业富联开发的一站式精密刀具磨削APP，在疫情期间免费开放给数十家刀具生产企业共用，将生产技术与经验输送给中小企业。得益于工业互联网+专业APP技术一致、质量一致、生产协同等优势，与众多企业合作，在4个月内实现了全球顶级电子消费品加工刀具超过千万支的量级生产，解决了中小企业技术水平不高、市场订单不足的问题，在推动数字化升级的同时，达到延伸产业链、提升价值链的实际效用。

《规划》的出台，意味着软件定义（解耦、池化、自动化）破圈，从为IT基础架构服务，升级到为推进企业数字化转型而服务。具体到制造业的数字化转型，包括了制造企业的经营管理、销售服务等业务的数字化，以及研发设计、生产制造的数字化。

例如，位于山东济南的浪潮高端装备智能工厂，拥有中国第一条信息化高端装备智能制造产线。流水线上的智能锁螺丝机器人一刻不停，每8分钟自动锁完130颗螺丝，而同样的工作量人工大概需要1个小时；在产品品质管控上，浪潮智能工厂实施大数据采集引擎、整合数据采集渠道，覆盖整个工厂制造现场。在30道工序、120次信息采集之后，依然能实现对每一块部件、每一步工序和每一套整机柜的全程数据信息采集，以确保产品经过25项严苛测试之后，良品率仍高达99.6%。由此，浪潮智能工厂的整体交付周期从18天缩短至5~7天，生产效率提升30%，客户TCO降低31%。

软件定义助力了智能制造，反过来制造业（含工业等）在不断迭代、智能化的发展过程中，也促进了软件向纵深发展，形成了不同层次、和硬件耦合度不同的形态。当某个软件功能具备普适性的条件（如广需求、大规模、低成本）时，又可能与硬件融合，以固件或者集成进入硬件的形态出现。软硬件的解耦和耦合，随着场景的变化、需求的调整，不断演化。

结合过去十多年云计算、数据中心的发展，我们可以清晰地看到一条主线：软件定义的方向是一切皆服务，硬件重构的方向是一切皆计算机。

实际上，早在2014年的Inspur World（浪潮技术与应用大会）上，浪潮就提出将分三步推进融合架构产品的开发：

第一代硬件特征是服务器即计算机，软件特征是虚拟化以及管理；第二代硬件特征是机柜即计算机，软件特征是软件定义的数据中心；第三代硬件特征是数据中心即计算机；软件特征是业务驱动数据中心。

在IT基础设施领域内，不只是宏观（超大规模，如数据中心级别）、中观（机柜级别、服务器级别），还有微观（组件、设备），都有类似的趋势。当我们观察服务器的各个设备，如SmartNIC、Nvidia DPU、Intel IPU等，还有SSD（包含了主控、Firmware、颗粒）时，你会发现它们也是精简版的、超微型的计算机，也即设备即计算机。硬件重构的方向是一切皆计算机。这个趋势不仅适用于IT基础架构，还适用于所有的智能制造领域，如Meta（原名FaceBook）的触觉手套，可以看成是手套即计算机。根据场景的需求不同，我们会发现，在不同的层次上，物体都有发展成为智能体（也即“计算机”）的趋势。小到手环、眼镜、音箱、鞋子、衣服、杯子，中到电灯杆、交通灯、道路，大到楼宇、机场、城市乃至地球，都会朝着“计算机”（也即智能体，大的可视为复杂巨系统）的方向发展。背后的原因是，更快的响应、更低的成本，更懂人类（个体、组织，乃至国家和全人类）的需求，为人类提供更灵活多样化、更便利的服务。

 “软件定义”与“东数西算”的关系

2022年1月12日国务院印发的《“十四五”数字经济发展规划》明确提出，要加快实施“东数西算”工程。

如果我们从全国一盘棋统筹规划和调度的视角来看，不难发现，“东数西算”实施效果将会是在全国范围内实现计算、存储、网络资源的有序聚集、软件定义和高效共享，最大化资源配置，以提高利用率，降低碳排放，并促进东西部共同富裕。

“东数西算”将推动时下火热的元宇宙成为数字经济里的大场景。元宇宙也将是交互和展示技术如VR（虚拟现实）和AR（增强现实）、区块链、Web 3.0、5G/6G等技术的应用场景，是未来数字经济最活跃、最具代表性的部分。Intel高级副总裁Raja Koduri表示，元宇宙可能是下一个主要计算平台，我们今天的计算、存储和网络根本不足以实现这一愿景，要达到《雪崩》（元宇宙的英文词metaverse来源于这本科幻小说）中的元宇宙体验，我们必须在相同甚至更低的能耗下实现1000倍的算力增长。

回顾一下，为什么出现软件定义的数据中心、数据中心即计算机等技术，本质上是应用场景随着互联网的发展有了大的变化。例如Google的搜索、邮件，需要服务成千上万的人群，因此资源的调度仅限在机架式服务器级别已经远远不够，至少需要在数据中心级别。相应的，元宇宙应用，或者未来可能做到全国跨部门跨省区数据即时打通的健康宝或通信行程卡，以及当下受限于技术和想象力尚未出现的国家级应用场景，将促进全国一体化数据中心和“东数西算”相关技术的发展。以数字藏品为例，它包含元数据和原始数据，前者是链上数据，在区块链全节点同步；后者通常是链下数据，是文档、日志、图像、音频和视频等非结构化数据，理想状态需要区块链存储（一种去中心化存储），相关技术涉及跨域（指数据中心）容错、跨数据中心纠删码等。随着中国文化和艺术与数字经济的融合与发展（例如国潮），将逐渐积累出大量的历史数据，例如超过三年以上的数据，或可设计类似IPFS的结合归档功能，实现东数西迁。除了归档场景之外，“东数西算”还能在备份、容灾、计算和数据处理的外包，以及延时要求较低的场景中发挥所长，并催生西部地区数据中心运营、备件管理、运维人才等领域的发展，促进东西部共同富裕。

最后总结一下，“《规划》让“软件定义”破圈，为推进企业数字化转型服务；软件定义的方向是一切皆服务，硬件重构的方向是一切皆计算机；“东数西算”本质是在国家层面实现资源池的软件定义；元宇宙将成为数字经济里的大场景，未来将出现需要调度全国一体化数据中心资源的超大应用。

资讯转载自“工信头条”微信号，作者为叶毓睿 高效能服务器和存储国家重点实验室 首席研究员，本文发表于《中国工业和信息化》杂志2022年6月刊总第46期。