透明計(jì)算：引領(lǐng)下一個(gè)計(jì)算時(shí)代

國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)以寧缺毋濫著稱，1999年到2013年的15年間，竟有10年空缺。日前揭曉的2014年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，則頒給了一種全新的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算模式——“透明計(jì)算”。

那么，“透明計(jì)算”究竟憑什么能摘得此項(xiàng)桂冠？它將給信息領(lǐng)域帶來(lái)哪些顛覆性改變？

這個(gè)年頭，一臺(tái)沒(méi)有安裝軟件的電腦，能干些什么？

在中南大學(xué)“透明計(jì)算”實(shí)驗(yàn)室，這樣的一臺(tái)電腦，能玩“憤怒的小鳥(niǎo)”等好多游戲；在廣西有色華錫集團(tuán)高峰礦業(yè)有限公司，能完成一兩萬(wàn)元才能買(mǎi)到的工業(yè)自動(dòng)化控制機(jī)能干的活；在貴州大山深處的學(xué)校，孩子們不僅可以用它打字編輯文檔，還可以通過(guò)模擬上網(wǎng)聆聽(tīng)城市名校的著名特級(jí)教師講課。

牛吧，有了“透明計(jì)算”模式，小終端也能做大事。難怪英特爾高級(jí)副總裁詹睿妮評(píng)價(jià)說(shuō)：“‘透明計(jì)算’使應(yīng)用程序跨越操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)無(wú)縫運(yùn)行，是把用戶放在計(jì)算體驗(yàn)中心的一種新計(jì)算模式。透明計(jì)算將引領(lǐng)下一個(gè)計(jì)算時(shí)代。”

“‘透明計(jì)算’，就是用戶拿著裸機(jī)隨時(shí)隨地享受想要的服務(wù)，而不用操心如何得到服務(wù)。”中國(guó)工程院院士、中南大學(xué)校長(zhǎng)張堯?qū)W說(shuō)，秘訣就在于變“單機(jī)強(qiáng)大”為“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大”。

1946年，隨著埃歷阿克在美國(guó)誕生，世界跨入了電腦時(shí)代。一直到現(xiàn)在，臺(tái)式機(jī)也好、手提機(jī)也罷，還有越來(lái)越小巧的平板機(jī)，全世界的電腦不管怎么變化，都跳不出“計(jì)算機(jī)之父”馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的掌心——那就是，任何一臺(tái)電腦都必須有存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器，否則就干不了活。

在電腦不聯(lián)網(wǎng)的單機(jī)時(shí)代，這樣小而全的結(jié)構(gòu)，保證了每臺(tái)電腦的高效運(yùn)行。但是，由于把軟件和硬件捆綁在一起，人們想讓電腦干活又多又快，就得在電腦里不斷擴(kuò)大儲(chǔ)存和運(yùn)算的“倉(cāng)庫(kù)”，好讓各種各樣的軟件“住進(jìn)來(lái)”。特別是軟件的軟件——操作系統(tǒng)，由于掌握了電腦運(yùn)行的命門(mén)，也就常常操控用戶。

這樣下去，盡管每個(gè)用戶的電腦越來(lái)越高級(jí)，管理成本也越來(lái)越高，卻依然享受不到所有想要的服務(wù)，甚至被大量的無(wú)效服務(wù)所淹沒(méi)。更何況，單機(jī)再?gòu)?qiáng)也有極限。

隨著互聯(lián)網(wǎng)特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，張堯?qū)W向馮·諾依曼締造的經(jīng)典結(jié)構(gòu)發(fā)起了挑戰(zhàn)，向世界倡導(dǎo)“透明計(jì)算”，開(kāi)辟了一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域和發(fā)展方向。

中國(guó)原創(chuàng)的“透明計(jì)算”，就是要送你一個(gè)貼心的網(wǎng)絡(luò)管家。

這個(gè)網(wǎng)絡(luò)管家能幫你省錢(qián)，幫你殺毒打“補(bǔ)丁”，幫你調(diào)度程序和數(shù)據(jù)。你想要什么服務(wù)，只需在任何一臺(tái)近乎裸機(jī)的上網(wǎng)設(shè)備中輸入一個(gè)他能聽(tīng)懂的暗號(hào)，就能唾手可得。你不需要服務(wù)了，告訴管家一聲，程序和數(shù)據(jù)就立馬從上網(wǎng)設(shè)備中消失，回到“透明計(jì)算”服務(wù)器。換句話說(shuō)，是你輕松搞定電腦，而不是被電腦擺弄。

如今，在中南大學(xué)“透明計(jì)算”實(shí)驗(yàn)室里，還有一些好玩的事。

打開(kāi)一臺(tái)電腦，建立一個(gè)新文檔，保存到遠(yuǎn)端的“透明計(jì)算”服務(wù)器后關(guān)機(jī)。然后，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)室另外一臺(tái)電腦，輸入唯一的個(gè)人賬號(hào)登錄到“透明計(jì)算”服務(wù)器，輕而易舉就找到了之前的信息文檔，繼續(xù)操作。

揣著一個(gè)裝有“透明計(jì)算”軟件的U盤(pán)，插入任何一臺(tái)電腦，連接到自己的“透明計(jì)算”服務(wù)器上，下載自己的操作系統(tǒng)，就能將任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)變成自己的那臺(tái)電腦。

比如，電視機(jī)里播放的連續(xù)劇很吸引人，可這時(shí)必須出門(mén)。打開(kāi)手機(jī)輸入唯一的個(gè)人賬號(hào)登錄到“透明計(jì)算”服務(wù)器，就能在路上接著往下看了。到了房間，打開(kāi)電腦登錄到“透明計(jì)算”服務(wù)器，又能接著往下看。

“還有就是我們的數(shù)字家電，現(xiàn)在的DVD、數(shù)字電視機(jī)、卡拉OK等都是分開(kāi)的，線多得分不清是哪個(gè)的。運(yùn)用‘透明計(jì)算’，將來(lái)可以只用一個(gè)設(shè)備就能提供多種服務(wù)，比如說(shuō)電視機(jī)可以做計(jì)算，可以做點(diǎn)播，可以做卡拉OK等。在今后的智能化居家生活中，我們還能夠依靠一個(gè)遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)家里所有電器的跨平臺(tái)管理。在可穿戴設(shè)備上，‘透明計(jì)算’也能做好多事情。比如，老板戴上一只裝有CPU的手表，就能和員工的電腦接上頭，想找哪位員工就讓他的電腦發(fā)出振動(dòng)。”張堯?qū)W院士解釋。

預(yù)計(jì)到2015年4月，中南大學(xué)“透明計(jì)算”實(shí)驗(yàn)室將拿出“透明平板機(jī)”和“透明手機(jī)”的設(shè)計(jì)方案。如果產(chǎn)業(yè)化順利，大家不久就能買(mǎi)到便宜、好用又安全的“透明終端”了。

“‘透明計(jì)算’會(huì)是一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，有可能成為世界上最好的計(jì)算模式。”張堯?qū)W院士覺(jué)得自己很幸運(yùn)。從1991年起，他先后任職于清華大學(xué)、教育部、中南大學(xué)等單位，透明計(jì)算的研究歷經(jīng)了20多年。對(duì)于這次獲獎(jiǎng)，他說(shuō)，自己運(yùn)氣很好。

張堯?qū)W團(tuán)隊(duì)率先提出的“透明計(jì)算”，被國(guó)外同行稱為是一種“先于云計(jì)算、包含云計(jì)算”的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式。

從計(jì)算機(jī)誕生起，“馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)”就“一統(tǒng)天下”。由此帶來(lái)的問(wèn)題，例如網(wǎng)絡(luò)安全性低，存在病毒、后門(mén)、監(jiān)控；操作系統(tǒng)、芯片、中間件構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)鏈也受制于人；用戶很難在同一電腦終端上實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)操作。

手機(jī)不斷更新?lián)Q代，個(gè)人電腦、平板電腦同樣推陳出新，一個(gè)軟件被破壞了，安裝起來(lái)麻煩。計(jì)算機(jī)都是廠商安排好的，買(mǎi)手機(jī)、PC機(jī)，軟件也都是廠商搭配好的。這些費(fèi)錢(qián)又費(fèi)事。

張堯?qū)W說(shuō)，“透明計(jì)算”針對(duì)的就是上述問(wèn)題。他們希望通過(guò)這種方法，使用戶有權(quán)利選擇不同的軟件和服務(wù)。

“透明計(jì)算”打破了這樣的束縛，在一個(gè)特有的超級(jí)操作系統(tǒng)（METAOS）中，“我們的想法是，前端放的只是一個(gè)虛擬的、看得見(jiàn)的圖標(biāo)，軟件或數(shù)據(jù)跟你的機(jī)器分開(kāi)了，放到網(wǎng)上去了。”張堯?qū)W說(shuō)，從這個(gè)意義上來(lái)講，“透明計(jì)算”跟云計(jì)算有一定的相似。

張堯?qū)W說(shuō)，“透明計(jì)算”是一種支持服務(wù)共享的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式，它實(shí)現(xiàn)了運(yùn)算和存儲(chǔ)的分離。

“透明計(jì)算”包含兩大部分。一是面向用戶、面向服務(wù)的，只做提供服務(wù)的運(yùn)算；二是支援或者操作系統(tǒng)，這部分放在服務(wù)器上，用戶可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取。

這就意味著，通過(guò)“透明計(jì)算”，我們現(xiàn)在用的手機(jī)和電腦里的那些軟件和操作系統(tǒng)，都能放到網(wǎng)上去，計(jì)算機(jī)將變得“又輕又瘦”。

“此時(shí)，服務(wù)器不僅存儲(chǔ)資源，還存儲(chǔ)操作系統(tǒng)。”張堯?qū)W說(shuō)，用戶拿在手上的終端就相當(dāng)于裸機(jī)，只做需要的服務(wù)運(yùn)算，相比現(xiàn)在的手機(jī)或者電腦，這個(gè)“裸機(jī)”要小很多，也要簡(jiǎn)單很多。

張堯?qū)W說(shuō)，把資源和操作系統(tǒng)放到網(wǎng)上后，用戶怎么獲得，就需要用戶自己去選擇。到底是選喜歡的系統(tǒng)，或者是國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)，都是用戶自己的事情。

在“透明計(jì)算”的世界里，用戶使用計(jì)算機(jī)就像使用iPad一樣，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取想要的服務(wù)，在享受完服務(wù)之后，就可以再把它扔掉，再獲取新的服務(wù)。

相關(guān)人士在中南大學(xué)與英特爾建立的透明計(jì)算聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)到兩個(gè)場(chǎng)景。

第一個(gè)場(chǎng)景叫流式健康測(cè)量。

張堯?qū)W介紹，中南大學(xué)所屬的湘雅醫(yī)院，通過(guò)采集門(mén)診、住院、手術(shù)的數(shù)據(jù)，將其電子化，數(shù)據(jù)系統(tǒng)不僅包含了患者的基本信息，還有他們身體健康方面的一系列數(shù)據(jù)。

有了這些基本信息之后，如果患者身體有一些小毛病，可以通過(guò)手機(jī)終端連接大數(shù)據(jù)提示自己診斷。有了這些實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，再加上湘雅臨床大數(shù)據(jù)系統(tǒng)里保存的患者病歷資料，患者在家里也能獲得醫(yī)生的服務(wù)。

比如，我的私人醫(yī)生在湘雅醫(yī)院，想了解我的血壓、血氧。我在家里可以這樣做：在自己手機(jī)上安裝METAOS-通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器上加載血壓等的測(cè)量軟件到手機(jī)-測(cè)量-數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器-推送到醫(yī)生手機(jī)。

湘雅醫(yī)院目前已實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端健康信息的采集和傳輸，手機(jī)領(lǐng)取體檢報(bào)告，智能慢性病隨訪和監(jiān)測(cè)管理等。中南大學(xué)啟動(dòng)建設(shè)的湘雅臨床大數(shù)據(jù)系統(tǒng)就是“透明計(jì)算”的一項(xiàng)應(yīng)用。

第二個(gè)場(chǎng)景是跨越操作系統(tǒng)、不同智能終端的運(yùn)行。

比如，我是一名工程師。我的單位電腦、手機(jī)和家庭電腦，操作系統(tǒng)不同，但都安裝了METAOS。我可以在不同地點(diǎn)用這三個(gè)終端工作，無(wú)需拷到盤(pán)里或存到郵箱。

“透明計(jì)算”的秘訣有三：METAOS拓展了傳統(tǒng)的馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，可以像司令員一樣兼容、調(diào)動(dòng)、管理不同的操作系統(tǒng)；計(jì)算與存儲(chǔ)分離，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器上，計(jì)算在移動(dòng)終端上；軟件和硬件分離。當(dāng)然，這需要良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

“因?yàn)檫@兩個(gè)部分分離了，移動(dòng)終端可以非常輕小便攜。應(yīng)用軟件像水一樣，用時(shí)加載，不用時(shí)‘流走’。最重要的是安全，METAOS會(huì)有一個(gè)你的專署密碼，別人獲取不了你的任何信息。”張堯?qū)W說(shuō)。

“中國(guó)原創(chuàng)的技術(shù)非常少，但‘透明計(jì)算’就是原創(chuàng)的，并且跨越其他操作系統(tǒng)，具有顛覆性，已具備了大規(guī)模推廣的可能性?！庇⑻貭杹喬邪l(fā)有限公司平臺(tái)軟件架構(gòu)部總監(jiān)盧炬評(píng)價(jià)說(shuō)。目前，騰訊已成功將該成果應(yīng)用于手機(jī)定位和微信。（來(lái)源：《瀟湘晨報(bào)》 責(zé)任編輯/余風(fēng)）

“天河一號(hào)”高效能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)

“天河一號(hào)”的研制成功，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)自主研制超級(jí)計(jì)算機(jī)能力從百萬(wàn)億次到千萬(wàn)億次的跨越，使我國(guó)成為繼美國(guó)之后，世界上第二個(gè)能夠研制千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的國(guó)家。

“天河一號(hào)”在國(guó)際上首創(chuàng)了“CPU+GPU”相結(jié)合的異構(gòu)融合計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，部分采用了自主研制的“飛騰-1000”芯片，在體系結(jié)構(gòu)、互連通信、并行操作系統(tǒng)和高性能微處理器等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，具有高性能、高能效、高安全和易使用等顯著特點(diǎn)。

“天河一號(hào)”研制成功后，迅速在國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心、長(zhǎng)沙中心和廣州中心投入運(yùn)行，天津超算中心與有關(guān)部門(mén)合作，在“天河一號(hào)”上構(gòu)建的霧霾預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)，已形成了72小時(shí)霧霾預(yù)警預(yù)報(bào)能力。

如今，“天河一號(hào)”的“融合式創(chuàng)新樣本”已成功復(fù)制，“天河二號(hào)”目前已先后為國(guó)內(nèi)外220多家用戶提供了高性能計(jì)算和云計(jì)算服務(wù)，為近百個(gè)國(guó)家重大科技項(xiàng)目、國(guó)際合作項(xiàng)目提供了高性能計(jì)算支持。（來(lái)源：本刊資料室）