获自然科学奖一等奖的“透明计算”是什么,业内有不同看法

  澎湃新闻记者 罗昕 徐明徽

  2015-01-15 17:07

  【按:原文已被删除】

  “透明计算”这个概念是什么意思?为何中南大学校长张尧学率领的团队能获得2014年度国家自然科学奖一等奖?要知道,此奖一直以宁缺毋滥著称,1999年到2013年的15年间有10年空缺。业内人士对此是怎么看的呢?

  1月9日,2014年国家自然科学奖揭晓,中南大学校长张尧学率领的团队凭借“网络计算的模式及基础理论研究”获得多年空缺的一等奖,在这一研究成果中出现了一个概念――“透明计算”。

  张尧学是谁?

  在新华网北京报道的描述中,张尧学是“曾经的教育部高等教育司司长,今天深受学生们爱戴的校长‘欧巴’;中国工程院院士、网络路由器之父、‘透明计算’理念的创始人;中国作家协会会员,随笔集《骷盘煅摹贰端随天去》《又见木兰》拥有海量‘粉丝’……”

  除担任中南大学校长外,张尧学还是清华大学教授、中国工程院院士。从1990年开始,他在清华大学任教,直到2011年11月起任中南大学校长。“这次获奖仍然是属于清华大学和中南大学两家的,这是清华和中南的共识。而且,自然科学奖规定只奖励个人,不奖励单位。希望各位校友和师生理解。”张尧学如此表示。

  什么是国家自然科学奖?

  国家自然科学奖是我国五大国家科学技术奖之一(其余四项为:国家最高科学技术奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖、中华人民共和国国际科学技术合作奖)。

  中国科学院的官方网站写着“国家自然科学奖授予在数学、物理学、化学、天文学、地球科学、生命科学等基础研究和信息、材料、工程技术等领域的应用基础研究中,阐明自然现象、特征和规律、做出重大科学发现的中国公民”。授奖条件有三:前人尚未发现或者尚未阐明、具有重大科学价值及得到国内外自然科学界公认。若是一等奖,则必须“在科学上取得突破性进展,学术上为国际领先,并为学术界所公认和广泛引用,推动了本学科或者相关学科的发展,或者对经济建设、社会发展有重大影响”。

  据悉,国家自然科学奖一等奖一直以宁缺毋滥著称,1999年到2013年的15年间有10年空缺。而2014年度一等奖项目――“透明计算”由张尧学首次提出。它被科学网等媒体形容为“中国的超级操作系统”、“别了,冯・诺依曼”。据科学网1月12日报道,2004年张尧学正式提出“透明计算”的思想。其核心是将数据存储、计算与管理相分离,并确立了跨终端、跨平台的“双跨”原则和“按需服务”的理念。还说这一体系的确立比国外“云计算”概念的提出早了整整3年。

  然而,就是这么一项“国际率先提出”、“学术、产业前景广阔”的“透明计算”,却在微博、论坛上引发“轩然大波”。有网友直言“忽悠”,亦有人力挺其发展。上海某高校计算机学院的博导告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn):“透明计算本身是很好的成果,但大家对空缺多年的(国家自然科学奖)一等奖期待值很高,所以适不适合做一等奖是大家争议的焦点。”其余,他表示不便评论。

  透明计算是什么?

  透明计算到底是什么研究成果,它和我们熟悉的“云计算”有什么差别?对“透明计算”持保留态度的网友,又有怎样的意见?

  先回顾下计算机诞生的源头。1945年,32岁的美国数学家冯・诺依曼与他的同事联名发表了计算机史上著名的“101页报告”。冯・诺依曼在报告中明确了计算机的五大部件,提出用“储存程序”的办法,使计算机自动依次执行指令,并用二进制代替十进制运算。

  这篇报告迄今为止,都被认为是计算机发展史上里程碑式的文献。后人也因为冯・诺依曼奠定了现代计算机体系结构的根基,而将他称为“计算机之父”。冯・诺依曼的理论也被称为“冯・诺依曼体系结构”,这个经典的计算机体系结构掌控着现在整个计算机世界。

  当然,这个结构也有其自身的缺陷。比如随着单机上的发展越多,操作系统也会越来越复杂,用户需要频繁升级换代,还很难在同一终端实现跨平台操作。随之而来的还有许多漏洞:速度变慢、病毒入侵、网络安全性不确定等等。

  2011年5月,张尧学在中国电子学会主办的学术刊物《电子学报》上发表了论文《一种云计算操作系统TransOS:基于透明计算的设计与实现》,张尧学本人也是该刊物编委之一。根据这篇最后获得国家自然科学奖一等奖的论文,张尧学提出可以将冯・诺依曼式的储存计算进化成为“流式计算”,只有硬件没有软件,所有软件保存在用户的透明服务器上,大量节约了终端内存。

  “就像水流一样,不占用空间。出行时到衣橱里挑选一件合适的衣服,回来后再挂回衣柜,不需要把所有的衣服都带在身上。”张尧学在接受《三湘都市报》采访时这样形容。

  论文摘要中写道:“本文从透明计算,也就是用户控制的云计算(CustomerControlled Cloud Computing)角度出发,以用户端提供用户服务、网络服务器提供程序和数据的存储、对网络软硬件资源进行管理来定义云计算操作系统。我们把传统操作系统,例如Linux、Windows等也定义为资源,把云计算操作系统定义为运行在传统操作系统与计算机主板BIOS之间,对包含各种传统操作系统在内的网络资源进行管理的超级操作系统。”

  简单来说,就是将数据的存储、计算与管理分离,将存储放在服务器端,通过网络以数据流形式及时载入。这种方式理论上能够让计算机的用户端“瘦身”,使用起来更轻便、更快捷、更安全。用户还可以使用超级操作系统“TransOS”实现在一个终端完成跨平台操作,自由选择各种软硬件服务。

  针对网络安全问题,透明计算将网络互连平台由较高网络层下降到计算机芯片和操作系统间的接口层,在接口层设计保护程序,即安置一个能力超强的“保安”,防止上层软件系统受到攻击和安全漏洞威胁,从而解决了信息网络的安全问题。

  这样看来,张尧学的“透明计算”是一个里程碑式的科研成果,它相当程度上解决了现在计算机运行的缺陷。

  张尧学的团队在接受对外采访时表示:2004年张尧学就提出了“透明计算”的概念,通过网络无障碍获取不同操作系统的各种服务。这些软硬件、操作系统对用户都是透明,不是封闭的,所以取名透明计算。

  不少人赞誉张尧学的透明计算“突破了冯・诺依曼结构束缚”、“别了,冯・诺依曼”、“开启了计算机新时代”。

  而据科学网报道,国际上目前已有30多所大学和科研机构对张尧学的“透明计算”开展跟踪研究。美国计算机学会会士(ACM Fellow)Marshall C.Yovits将“透明计算”称为“张氏协议综合法”;而另一位ACM Fellow,对等网络创始人之一、美国卡耐基梅隆大学计算机系教授张辉更是大胆预测:“透明计算”将取代已控制计算机系统思想和实践至少60年之久的传统冯・诺依曼结构。

  “透明计算”有多神奇?

  透明计算真的突破了冯・诺依曼结构,开启了计算机领域的新时代吗?张尧学的论文传播开来后,引起了业内技术人员的关注。但有不少技术人员指出“透明计算”其实并无原创性。在澎湃新闻记者采访中,对透明计算持不同看法的业内人士和学者都希望以匿名形式出现。

  曾出版过IT专著的某世界500强公司首席程序员L引用了论文第三页中的一句话“当终端启动后,驻留在BIOS中的TransOS 内核部分负责获得终端控制权,并与服务器联系,获得系统运行所需要的更多内核代码,并动态以块流的方式加载到终端侧执行”。

  该IT资深人士解读:“也就是说这个被称为‘中国超级操作系统’的TransOS只是一个启动代理,从服务器端加载操作系统而已,负责从服务器端下载操作系统,然后安装上,根本算不上OS(Operating System操作系统)。真正运行的操作系统还是Windows之类的系统,所以完全没有打破国际垄断。”

  “透明计算的理念其实就是1984年就有的PXE。”L告诉澎湃新闻记者,业内许多技术人员在看过透明计算的论文后,都认为类似诞生至今已经有30多年的PXE Boot。PXE Boot是由Intel公司开发的一种技术,支持工作站通过网络从远端服务器下载映像,并由此支持通过网络启动操作系统。

  《大话存储》系列图书作者在微博上表示,张尧学的TransOS就是一个network boot agent(网络启动中介),“Intel之前自己都宣传过这种东西”。而中科院某科研人员也补充表示,理论上提出的“计算与存储分离”思想,其实学术界早已有定义,那就是哈佛结构,来源于1945年哈佛大学研制的Mark I机器。

  更有不少技术人员在论坛中称,“这就类似网吧的无盘工作站”。

  此外,透明计算对网络的需求非常高。L向澎湃新闻记者打了个比方,也许手机上要有1000兆网络带宽才能使用,而我们家庭带宽一般也就只有10兆。“也许在遥远的将来,手机带宽有1000兆,但问题是,我们也没有必要每次开机就安装一次操作系统,更没有必要把操作系统放在服务器端,因为毫无意义。这就是为什么PXE都出现31年了,还是没有多少应用场景的原因。”L还说,“如果透明计算把操作系统放在服务器端,那么用户每次打开手机都要花几个小时加载一次移动操作系统,这种情况下再好的手机也没人要”。

  在应用方面,张尧学的团队曾向不少来访媒体现场演示过大型软件AutoCAD的使用过程。根据《中国科学报》的报道,“所有数据和程序的存储都不在终端上,而是存储于服务器上,计算机上只有一个个虚拟图标。使用时,只要进入Meta OS,便可根据需求选择调用Windows、Linux、IOS等不同操作系统,不仅启动速度和平时没什么两样,还可与旁边手持平板电脑和智能手机等移动终端的用户实现同步编辑。”

  上海一所高校软件学院教授诉澎湃新闻记者:“不了解透明计算,计算机上的突破简单地可分为理论和应用两块。通过AutoCAD来应用也离不开Wnidows这个平台”。AutoCAD是基于Windows的应用软件,运行起来至少需要基于Windows相关的API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)。“不管是模拟Windows API的ReactOS,还是通过虚拟机虚拟Windows操作系统后调用其API的,从根本上来看,都逃不开Windows这个平台,这就谈不上“创新”。

  张尧学团队还指出,在产业化应用方面,最先有进展的是“可以用比较廉价的服务器和PC做出多操作系统集群”。但L表示“再廉价的服务器集群也没有人用透明计算(类似PXE)的。首先服务器的硬盘有非常廉价的选择,其次无盘的服务器会非常慢。这不是打破了冯・诺依曼架构,而是使冯 诺依曼瓶颈更加严重了”。

  “透明计算”应用前景如何?

  张尧学拿下国家自然科学一等奖后,不仅在学术界引起议论,同时也刺激了资本市场,A股市场上一批软、硬件上市公司股票冲上涨停。不少券商也对张尧学团队的研究成果做了调研。张尧学团队的成员告诉调研成员,Intel公司对这个技术非常认可,不少业内名企如华为、黑莓、腾讯都有合作。

  一位行业资深人士告诉澎湃新闻记者,张尧学提出的“透明计算”并不是英特尔的“透明计算”。英特尔大会早前已提过“透明计算”这个概念,指的是通过“开放式”的开发生态系统,支持软件开发人员编写的代码在多种环境和设备上运行,比如HTML5。“张尧学将他的理论取名为透明计算,只是取了个与Intel公司一样的名字而已”。

  记者查阅Intel公司于2012年9月美国旧金山举行的信息技术峰会上发布的消息,确如上述人士所言,与张尧学的“透明计算”并不是同一概念。(Intel新闻发布地址http://www.intel.com/cd/corporate/pressroom/APAC/ZHO/510775.htm

  在券商的调研中,张尧学团队多次表示,与华为、Intel公司等知名企业有过合作,而多位接近华为的业内人士向澎湃新闻记者表示,并未有所耳闻。

  “不管怎样,至少说明了一个共识,‘计算模式’的研究是非常重要的。至于用哪一种计算模式,各有观点,各有争执。”面对种种争议,一位上海高校电信学院教授对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者说:“但是,如果有一种算法是在所有场合都比其他算法占优的话,依据这样的观点,不就能够推断这样的一个观点了吗?――‘上帝是存在的’!”

  这位教授还对澎湃新闻记者说,“任何科学研究都不怕争论和反驳,任何科学研究都有其自己的前提和假设,如果有一类研究是可以直接推广到任何领域,那样也就能推理出同样的结论了。作为普通的科研领袖和科学工作者,我们首先要积极思考,然后要埋头做事,认真辩论,积极修正,最终的目标是人类的发展和进步!”

  附录:(来自中南大学官方网站,有删节)

  张尧学,男,汉族,1956年1月出生于湖南澧县,中国工程院院士、中国作家协会会员、国务院信息化咨询委员会委员、国务院学位委员会委员、《电子学报》(注:获奖论文发表期刊)中英文版副主编、中国电子学会常务理事、解放军总装备部军用计算机及软件专业组成员专家,兼任清华大学教授、博士生导师。

  曾任国家科技重大专项第一专项(核高基)专职技术责任人,亚洲开放大学协会理事长,中国计算机用户协会副理事长,IBM和清华大学合资鼎新公司总经理,原电子工业部计算机与信息化推进司副司长(挂职)、原全国电子信息系统推广办公室副主任(挂职)、教育部科技司主持工作的副司长、司长,教育部高等教育司司长、学位管理与研究生司司长、国务院学位委员会办公室主任、985工程办公室主任、211工程建设办公室主任等学术和行政职务,是国内外10多个学术期刊的编委。

  主要研究方向为计算机网络和透明计算/云计算:

  1995年主持研制成功国内首台网络路由器,并推动了这一事关国家安全和信息产业核心产品的产业化。

  率先在国际上开展主动服务和透明计算领域的研究,提出了在时空上扩展冯诺依曼结构、把信息存储、运算和管理分开的透明计算理论与方法,并研究成功了基于该理论的内核分布式操作系统和无操作系统的透明计算终端,广泛用于我国军事、商务、教育和管理等领域,受到了国内外学术界的重视,被国外同行认为是“先于云计算,并包含了云计算”的原创性学术成果,并正向服务手机、云手机等移动互联网、家庭网等领域扩展。

  在网络基础理论方面提出了被美国同行称为“Zhang’s method”的交互式协议综合法,推动了网络基础理论的发展和进步。

  撰写中英文专著和教材8部,其中《计算机操作系统教程》已销售100余万册,成为国内计算机领域的主要教材之一。

  著有《又见木兰》、《水随天去》、《骷盘煅摹贰《另一个清华》、《大木仓的记忆》等管理类散文集多部,论文250余篇。

(XYS20150124)

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