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    計(jì)算與存儲(chǔ)分離很早就能實(shí)現(xiàn)了，網(wǎng)吧就是這么干的；這個(gè)概念不就是甲骨文等公司20年前提出的NC（網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)）嗎？“透明計(jì)算”的概念乍聽起來(lái)與云計(jì)算似乎無(wú)異，它到底有哪些獨(dú)特之處呢？馮?諾依曼結(jié)構(gòu)被顛覆了嗎？Intel的透明計(jì)算和張堯?qū)W的透明計(jì)算是一回事嗎？一個(gè)長(zhǎng)期擔(dān)任行政職務(wù)的人怎么會(huì)有時(shí)間做科研？張堯?qū)W近日接受科技日?qǐng)?bào)獨(dú)家專訪，在獲獎(jiǎng)后首次詳細(xì)介紹“透明計(jì)算”以及研究過(guò)程。 

    原標(biāo)題：讓透明計(jì)算更“透明”

    獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，將張堯?qū)W院士及其研究團(tuán)隊(duì)帶到輿論的風(fēng)口浪尖。面對(duì)質(zhì)疑，張堯?qū)W近日接受科技日?qǐng)?bào)獨(dú)家專訪——

    “這么長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有給公眾回應(yīng)，造成大家誤解，非常抱歉。我之所以沉默就是考慮到知識(shí)產(chǎn)權(quán)和商業(yè)機(jī)密。”張堯?qū)W院士希望通過(guò)科技日?qǐng)?bào)表達(dá)他的歉意。

    獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，將張堯?qū)W及其研究團(tuán)隊(duì)帶到輿論的風(fēng)口浪尖。

    其獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的模式及基礎(chǔ)理論研究”被通俗稱為“透明計(jì)算”。據(jù)報(bào)道，這項(xiàng)研究主要在三個(gè)方面取得突破：研制了超級(jí)操作系統(tǒng)（Meta OS）、實(shí)現(xiàn)了計(jì)算與存儲(chǔ)分離、實(shí)現(xiàn)了軟硬件分離。

    “我已經(jīng)把我原型成果的視頻公布在網(wǎng)上，大家可以觀看（http://v.qq.com/page/h/v/q/h0145ebh1vq.html），也可以在我的主頁(yè)上觀看，技術(shù)人員可以通過(guò)這些視頻去深入了解。”他說(shuō)。

    圍繞這一理論和技術(shù)的討論持續(xù)至今。計(jì)算與存儲(chǔ)分離很早就能實(shí)現(xiàn)了，網(wǎng)吧就是這么干的；這個(gè)概念不就是甲骨文等公司20年前提出的NC（網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)）嗎？“透明計(jì)算”的概念乍聽起來(lái)與云計(jì)算似乎無(wú)異，它到底有哪些獨(dú)特之處呢？馮?諾依曼結(jié)構(gòu)被顛覆了嗎？Intel的透明計(jì)算和張堯?qū)W的透明計(jì)算是一回事嗎？一個(gè)長(zhǎng)期擔(dān)任行政職務(wù)的人怎么會(huì)有時(shí)間做科研？張堯?qū)W近日接受科技日?qǐng)?bào)獨(dú)家專訪，在獲獎(jiǎng)后首次詳細(xì)介紹“透明計(jì)算”以及研究過(guò)程。

    “透明計(jì)算”與“云計(jì)算”

    “關(guān)于透明計(jì)算與云計(jì)算的不同，我在申報(bào)材料、幾次答辯和多個(gè)場(chǎng)合講了很多次。”張堯?qū)W說(shuō)，第一，云計(jì)算是由廠商通過(guò)服務(wù)器端的架構(gòu)提供計(jì)算資源的服務(wù)，用戶終端僅僅作為服務(wù)的接收端而存在，而透明計(jì)算主要關(guān)注用戶端。用戶需要服務(wù)時(shí)，就從服務(wù)器端將需要的軟件或數(shù)據(jù)通過(guò)塊或頁(yè)的方式碎片化調(diào)用并主要在終端完成計(jì)算，而且終端可以裝或不裝任何數(shù)據(jù)、軟件包括操作系統(tǒng)；第二，云計(jì)算主要解決數(shù)據(jù)的海量存放和使用問(wèn)題，對(duì)軟件的云化、特別是操作系統(tǒng)的云化沒(méi)有提出好的解決方案，而透明計(jì)算則較好地解決了這個(gè)問(wèn)題；第三，透明計(jì)算還包括了云計(jì)算不具備的全過(guò)程管理、帶寬與緩沖管理等功能；第四，由于云計(jì)算的重點(diǎn)不在終端的使用情況上，因而其在終端安全性上沒(méi)有突破，而透明計(jì)算在終端安全性上有很好的考慮。

    “透明計(jì)算的實(shí)現(xiàn)可以在多個(gè)層面，例如在硬件層之上、在中間件層或在應(yīng)用層。”在張堯?qū)W看來(lái)，透明計(jì)算概念的提出應(yīng)該早于云計(jì)算。

    “云計(jì)算大概是從2008年左右被國(guó)內(nèi)熟知，而我們最早做‘透明計(jì)算’相關(guān)研究是1998年，但當(dāng)時(shí)我們沒(méi)有稱它為這個(gè)名字，這個(gè)名字是2003年左右微軟亞洲研究院的一位領(lǐng)導(dǎo)在參觀我的實(shí)驗(yàn)室時(shí)給起的。”他說(shuō)。

    發(fā)端于索普卡的“透明計(jì)算”

    “1998年，一臺(tái)電腦的售價(jià)上萬(wàn)元，升級(jí)換代太快，而且病毒很多，我的想法是能不能讓電腦變得更簡(jiǎn)單、更便宜、更安全和跨平臺(tái)。”張堯?qū)W說(shuō)，他在開發(fā)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上，嘗試把操作系統(tǒng)從原本已十分精簡(jiǎn)的終端上去掉，提出了沒(méi)有操作系統(tǒng)的計(jì)算模式，并著手開發(fā)終端系統(tǒng)。

    網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的概念20年前就已提出。張堯?qū)W說(shuō)，但甲骨文等公司的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)用的并不好。“Sun公司還給我們送過(guò)一套Sunray系統(tǒng)，一臺(tái)服務(wù)器加40個(gè)終端，價(jià)格要100萬(wàn)多元人民幣，我記得每個(gè)終端要1000多美元。雖然是贈(zèng)送，但不好用，當(dāng)時(shí)也只能用一個(gè)操作系統(tǒng)。我就考慮能不能用一種更好的方式，管理網(wǎng)絡(luò)資源，使得計(jì)算機(jī)終端更好用、更安全，而且能兼容不同操作系統(tǒng)。”

    張堯?qū)W說(shuō)，最初的研究從無(wú)盤站開始，但逐漸發(fā)現(xiàn)無(wú)盤站有很多局限，如只能識(shí)別一個(gè)操作系統(tǒng)，速度慢，執(zhí)行上受用戶數(shù)、對(duì)病毒防護(hù)差等的限制。“不過(guò)無(wú)盤站提供了PXE（預(yù)啟動(dòng)執(zhí)行環(huán)境）協(xié)議，我們就在這個(gè)基礎(chǔ)上做擴(kuò)展。”

    幾年后，張堯?qū)W的團(tuán)隊(duì)做出索普卡電腦。據(jù)稱，這套系統(tǒng)相當(dāng)于用一臺(tái)當(dāng)時(shí)的家用PC，可以帶動(dòng)30個(gè)終端，而且可以上多個(gè)操作系統(tǒng)。 “索普卡電腦的‘瘦’體現(xiàn)在：它本身是臺(tái)裸機(jī)，沒(méi)有任何軟件，計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件都能從服務(wù)器下載得到。” 一篇題為《索普卡：中國(guó)PC“瘦身”之道》的報(bào)道這樣寫道。

    張堯?qū)W說(shuō)，索普卡有兩項(xiàng)專利，還轉(zhuǎn)讓給了聯(lián)想等公司。索普卡當(dāng)時(shí)在貴州、云南等偏僻地區(qū)及部分邊境部隊(duì)和企業(yè)應(yīng)用情況良好，2003年獲得教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)以及2004年度的國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

    “但是我覺得大學(xué)里的科研人員的主要任務(wù)應(yīng)該還是從理論和研究上取得突破，而不是做產(chǎn)品。做產(chǎn)業(yè)需要融資、銷售和生產(chǎn)等專業(yè)團(tuán)隊(duì)，這不是我的強(qiáng)項(xiàng)，何況我還在教育部任職。所以我就開始想把索普卡往移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)方向推，從理論上思考怎樣才能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使計(jì)算機(jī)的使用更加安全和簡(jiǎn)單。”張堯?qū)W說(shuō)，他從2004年開始這方面的理論研究。

    張堯?qū)W于1999年至2011年任職教育部，但他告訴記者：“我在調(diào)到教育部之前已和時(shí)任教育的主管領(lǐng)導(dǎo)談好，要繼續(xù)在清華大學(xué)做科研。這位領(lǐng)導(dǎo)和清華大學(xué)都是同意的。因此，我出差很少，而且晚上和休息日基本都在實(shí)驗(yàn)室，這一點(diǎn)，我想清華大學(xué)的同事們都可以證明。”

    與英特爾的合作

    張堯?qū)W認(rèn)為自己長(zhǎng)期教授操作系統(tǒng)課程，以及從事協(xié)議的研究，對(duì)底層協(xié)議很熟悉。“操作系統(tǒng)兩個(gè)最核心的內(nèi)容是中斷和調(diào)度，而這兩個(gè)機(jī)制都是只針對(duì)單機(jī)，我就想能不能在底層硬件之上有個(gè)中間層，將操作系統(tǒng)和應(yīng)用在內(nèi)的軟件從網(wǎng)絡(luò)上加載到這個(gè)中間層上運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)不同軟件（包括操作系統(tǒng)及應(yīng)用）的按需選擇和按需調(diào)度，從而讓不同的硬件和不同的軟件系統(tǒng)連接。但這是一個(gè)黑匣子，需要反匯編。當(dāng)時(shí)學(xué)生們做得很辛苦，后來(lái)好歹做成了，但效果不是太理想。這一是由于帶寬，二是每個(gè)操作系統(tǒng)都要對(duì)底層反匯編，很難。”張堯?qū)W說(shuō)。

    他表示，與英特爾的合作為該技術(shù)的更廣泛應(yīng)用起了很大作用。英特爾致力推廣新一代BIOS及其接口標(biāo)準(zhǔn)，即EFI（可擴(kuò)展固件接口），目前90%的新生產(chǎn)個(gè)人電腦已經(jīng)采用了 EFI及其后的UEFI（統(tǒng)一可擴(kuò)展固件接口）技術(shù)。“用EFI技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)透明計(jì)算，既支持多操作系統(tǒng)的選擇和執(zhí)行，又很大程度緩解了原來(lái)難以在不同硬件平臺(tái)上運(yùn)行的問(wèn)題。”

    談到與英特爾的合作，張堯?qū)W說(shuō)，英特爾在2005年參觀了他的實(shí)驗(yàn)室并初步接觸后，雙方于2007年2月簽署合作協(xié)議后長(zhǎng)期合作“至今，我們共簽有3個(gè)合作協(xié)議，Intel公司完全承認(rèn)我們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。由于商業(yè)協(xié)議的條款，我不能透露太多的合作細(xì)節(jié)。但I(xiàn)NTEL美國(guó)總部軟件與服務(wù)部平臺(tái)技術(shù)中心總經(jīng)理MichaelA.Greene在2013年4月英特爾信息峰會(huì)期間有個(gè)主題演講‘透明計(jì)算時(shí)代’，其中第7、第8、第9頁(yè)是關(guān)于我們合作的描述。這篇講演的PPT，就掛在我的清華大學(xué)主頁(yè)下（http://media.cs.tsinghua.edu.cn/~zyx/）。”

    “我們的目標(biāo)是將底層軟件做成通用軟件、擴(kuò)展EFI，成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。而中層和高層的透明計(jì)算實(shí)現(xiàn)則正在進(jìn)一步研究。我認(rèn)為，HTML5是實(shí)現(xiàn)透明計(jì)算的一種技術(shù)手段。可能理解的不對(duì)，供大家批評(píng)。”張堯?qū)W說(shuō)，“至于Intel的透明計(jì)算與我提出的透明計(jì)算有什么關(guān)系？建議大家采訪Intel。我在這方面有充足的證據(jù)回答大家的質(zhì)疑。”

    他表示，目前英特爾已經(jīng)在臺(tái)式機(jī)、筆記本、上網(wǎng)本、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、平板電腦和智能手機(jī)等多個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了透明計(jì)算，包括上海交通大學(xué)在內(nèi)的單位都已使用了英特爾的臺(tái)式機(jī)透明計(jì)算系統(tǒng)。而不少大學(xué)則購(gòu)買了由清華專利轉(zhuǎn)讓的臺(tái)式機(jī)系統(tǒng)。“清華大學(xué)、中南大學(xué)和清華的畢業(yè)生還基于透明計(jì)算思想，研制成功了用手機(jī)遠(yuǎn)程使用多種操作系統(tǒng)和應(yīng)用的手機(jī)透明計(jì)算系統(tǒng)等新的系統(tǒng)原型。這次基本上都已公開，我們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)有可能會(huì)受到損失。”

    與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)等技術(shù)的區(qū)別

    總結(jié)與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程+VPN+PNS 等技術(shù)的區(qū)別，張堯?qū)W說(shuō)，“透明計(jì)算”的最大突破是提出并部分實(shí)現(xiàn)了使終端如何變小以及無(wú)縫連接（跨硬件和軟件平臺(tái)）的思想和方法。按照此方法，研制了一個(gè)分布式超級(jí)操作系統(tǒng)MetaOS。它不僅包括遠(yuǎn)程啟動(dòng)協(xié)議MRBP（I, II）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問(wèn)協(xié)議NSAP，還包括可以管理調(diào)度不同的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源的I/O man以及一個(gè)輕量化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等，并可沿使用路徑監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上的使用情況。他透露，最近某央企控股公司也在國(guó)家重大專項(xiàng)支持下基于他們的原理和早期版本研制成功了MetaOS的新版本，并有重大應(yīng)用。

    一個(gè)理想的MetaOS能跟蹤和記錄來(lái)自于不同用戶的訪問(wèn)、解決從端系統(tǒng)到服務(wù)器之間的各點(diǎn)資源的監(jiān)控和管理，例如沿途的帶寬、緩存等。“以前的計(jì)算機(jī)是由操作系統(tǒng)來(lái)調(diào)度各種軟件的，但如何以碎片方式調(diào)動(dòng)不同的操作系統(tǒng)，我沒(méi)聽說(shuō)別人做過(guò)。”張堯?qū)W說(shuō)。

    產(chǎn)業(yè)化前景可期

    “很多人說(shuō)我們提出的計(jì)算與存儲(chǔ)分離早就有了，我也做了十幾年了，而且我們有專利。”張堯?qū)W說(shuō)，“而且我們的技術(shù)可以讓用戶根據(jù)需要調(diào)用資源，指令是碎片化進(jìn)入終端的，不是操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序全部，這樣可以極大簡(jiǎn)化終端，帶寬并不是主要問(wèn)題”。

    他解釋道，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，MetaOS分為客戶端和后端軟件兩部分。如果用戶指定某臺(tái)電腦為儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的后端，就安裝后端軟件，而他要用到的其他電腦、手機(jī)及可穿戴設(shè)備則需安裝一個(gè)客戶端軟件。如此一來(lái)，他打開任何一個(gè)終端都能隨意調(diào)用后端的程序和數(shù)據(jù)。清華和中南大學(xué)的透明計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)則做出了更多的新產(chǎn)品原型，包括定制應(yīng)用和不同操作系統(tǒng)的透明手機(jī)。

    他介紹道，致力于將透明計(jì)算技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的工作開展，在可穿戴設(shè)備、智慧家庭、醫(yī)療和教育大數(shù)據(jù)等方面都會(huì)有巨大的應(yīng)用前景。例如，今后出國(guó)不用帶筆記本電腦，遠(yuǎn)在非洲就可以存取和操作在北京計(jì)算機(jī)中的資源；醫(yī)生在手機(jī)上可以使用專業(yè)軟件調(diào)出并分析如核磁共振影像等各種醫(yī)療數(shù)據(jù)， 等等。

    關(guān)于論文及馮?諾依曼結(jié)構(gòu)

    “我在日本讀書時(shí)，在IEEE上已發(fā)了3篇論文。如果繼續(xù)跟著熱點(diǎn)走，也可能繼續(xù)發(fā)不少論文。但沒(méi)跟別人做，頭些年發(fā)文章很難，發(fā)的文章引用率也低”，他解釋道：“但是這幾年好多了。去年我們?cè)谟?jì)算機(jī)領(lǐng)域的頂級(jí)刊物和會(huì)議如《IEEE計(jì)算機(jī)會(huì)刊》上發(fā)表了4篇，2015年又接受了一篇。《IEEE計(jì)算機(jī)會(huì)刊》還要為透明計(jì)算出一冊(cè)專刊，我是客座編輯，目前已收到30篇論文，正在審稿中。這是IEEE計(jì)算機(jī)會(huì)刊第一次為中國(guó)人提出的概念出專刊”。

    “我從來(lái)沒(méi)有說(shuō)過(guò)顛覆或替代之類的話。我們一直說(shuō)的是擴(kuò)展馮?諾依曼結(jié)構(gòu)，由單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)，我在國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上這么講，在美國(guó)的幾個(gè)大學(xué)作學(xué)術(shù)報(bào)告時(shí)也這么講，2007年評(píng)工程院院士時(shí)也是這么講的。如果錯(cuò)了，那就是我的錯(cuò)誤。”他最后說(shuō)道，“計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有許多我不懂的東西，我的認(rèn)識(shí)有許多局限性，也會(huì)經(jīng)常犯錯(cuò)誤，但我愿意學(xué)習(xí)和接受批評(píng)。”

    摘自 中國(guó)科技網(wǎng)