IT大嘴巴 · 2021年12月12日

深度解读十四五软件规划中的“软件定义”和SDS

工业和信息化部(简称工信部)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》。“软件定义” 、“工业互联网”和“工业软件”、“存储”占据了不少篇幅。

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工信部在11月30日上午召开了新闻发布会,介绍“十四五”软件和信息技术服务业发展规划有关情况,并在答记者问环节提到了 “软件定义未来的世界”。

规划提出,“软件定义”赋能实体经济新变革,并明确指出“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,汽车、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。

同时,在“强化产业创新发展能力”方面,规划指出: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。

深化软件定义。 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。 引导企业制定相关体系架构和应用规范, 推动创新应用。

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软件定义创新应用培育

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。

下面我们来剖析一下“软件定义”(Software Defined)的发展脉络,以及这个规划,对IT基础架构提供商,或者企业级存储厂商的影响。

2009年,在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,简称SDN)。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8月21日,Netscape创始人马克·安德森(Marc Andreessen, 硅谷著名投资人, 投资了Facebook、Groupon、Skype、Twitter、Zynga和LinkedIn等高科技新秀),在华尔街日报上发表《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。
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,分阶段的,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,软件定义做为一个过程,它是分层次,分阶段逐步实现的,对应的服务模式就是IAAS,PAAS和SAAS,使用者分别是运维管理人员、开发部署人员、业务应用用户。
备注:SDS是Software Defined Storage,也即软件定义存储的缩写。

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软件定义是分层次、分阶段实现的

当时(2016年),软件定义主要还是围绕着IAAS,通过提高运维的效率,资源池的利用率,来应对讯息万变的市场所需的敏捷性和弹性。五年来,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Ominiverse等等。

时至今日,业界开始把“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,在供应链和产业上下游的“抽象”,也即解耦、“池化”、“自动化”来实现社会资源的充分共享和利用。解决不同厂商设备间的可移植性、可配置性和互操作性问题,也解决软件和硬件独立性的问题。希望借此来打破一个公司的封闭系统,以开放、融合的心态,在工业软件发展的过程中,在与他国的竞争中,能够追赶甚至超越。

例如,规划在关于完善协同共享产业生态的内容中指出: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。

也就是说,软件定义(解耦、池化、自动化)已经“出圈”,从为IT基础架构服务,跃升到,为推进制造业数字化转型而服务了。

举几个例子:
GE有个风电部门,把传感器安装在每一个风机叶片上,通过对风机转速、风力、温度、湿度、环境等近百种数据的采集、分析,风机能够自己进行涡轮叶片转速的调整,不需要把数据传输到数据系统,通过桨片的角度调整能够增强风力,能够增加风力4%。这就是软件定义制造。换句话说,风机即计算机。

再如,在矿山、农场、建筑场地等三维建模的过程中,多数解决方案是通过无人机下面的包含若干个摄像机的吊舱,拍摄大量的照片或影像,再返回建模的工作空间去操作,一旦发现有些地方漏拍,或者拍得不够清晰,还需将带有吊舱的无人机再次派往场地补拍,需要耗费数小时。国内的空陆视觉,通过将吊舱内嵌AI芯片,可实时同步建模并输出图像,能够很快在作业场地感知是否需要补拍或者重拍,能够节省不少时间,提高效率。其实就是,吊舱即计算机。

软件定义助力了智能制造,反过来制造业(含工业等)的不断迭代,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,又可能软硬件融合,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。

由此,我们大略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,浪潮表示将分三步推进融合架构产品的开发:
第一代硬件特征:服务器即计算机;软件特征:虚拟化以及管理。
第二代硬件特征:机柜即计算机;软件特征:软件定义的数据中心。
第三代硬件特征:数据中心即计算机;软件特征:业务驱动数据中心。

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摘自文章《融合架构:云数据中心概念、技术与实践》
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,你会发现它们也是一台精简版的,超微型的计算机。也即设备即计算机。一如前面所总结的,风机即计算机、吊舱即计算机;meta(原名FaceBook)的触觉手套,可以看出是手套即计算机。凡此种种,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,都会朝着智能体的方向发展。背后的原因是,更快的响应,更低的成本,为人类提供更灵活多样化、更便利的服务。

下面我们谈谈软件定义存储。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DELL EMC、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;如果用于云巨头希望淋漓尽致的充分利用SSD资源,类似存储即服务,做为设备即计算机的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、StorJ,可以把他们看成是一种广域网范围内的池化,跨越了城市,甚至洲际。

早在5、6年前,浪潮信息的存储业务就开始同时在集中式存储、分布式存储发力,朝着软件定义方向发展,致力于存储即平台的理念探索和落地。浪潮存储在国内最早在分布式存储上真正实现三合一,也即文件、块、对象;到后面多合一。也正因此,浪潮分布式存储AS13000是全球罕有的,能同时支持OpenStack Cinder、Manila、Swift和S3,以及VMware VAAI和VMware NAS的存储。

浪潮AS13000和OpenStack 文件接口 Manila对接
浪潮集中式存储,包括最新的一代G6,同时支持OpenStack、VMware、Kubernetes等接口。浪潮的集中式存储和分布式存储都支持Kubernetes CSI。

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浪潮存储支持Kubernetes CSI

正是基于在技术上的极致追求和不断努力,浪潮存储近年来实现迅猛发展,Gartner最新数据显示,浪潮存储销量排名进入全球前五。
最后总结一下,“十四五软件规划”赋予了“软件定义”更深刻、更广泛的内涵,软件定义这个概念从为IT基础架构服务,扩展到为推进制造业数字化转型服务。而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;通过软件定义可以更好促进智能制造。浪潮信息早在5年前,就开启了软件定义存储(也即存储即服务)全面布局,并且在集中式存储和分布式存储都进入全球存储前列。

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