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我们身边的科学家——记“透明计算”研究的灵魂人物张尧学
2015-01-22 09:13:31   来源:中国有色金属工业网    点击:

  2014年度国家科学技术奖励共授奖318项成果、8位科技专家和1个外国组织。我们知道,国家自然科学奖46项中,一等奖1项,而一等奖的获得者就是清华大学教授、中南大学校长张尧学完成的“透明计算——网络计算的模式及基础理论研究”重大科技项目。

  从“透明计算”理念的提出到此次获奖,经历10年的时间。在张尧学看来,这个过程是必须要经历的。做科研一定要创新,不能急功近利。

  自1988年以来,时任清华大学教授的张尧学就开始带领科研团队(周悦芝、林闯、任丰原及中南大学教授王国军等),把计算机体系结构与计算模式的创新与社会重大需求相结合,探索如何突破网络计算模式。2004年,他正式提出“透明计算”思想。2012年引爆国际计算机领域的,正是他基于此思想研发的计算机操作系统:Trans OS。

  “透明计算”凭什么摘得自然科学一等奖?

  1999年到2013年的15年间,国家自然科学奖一等奖竟有10年空缺。“透明计算”凭什么能摘得此项桂冠?它将给信息领域带来哪些颠覆性改变?

  颠覆之一:把“计算机的大脑”放到云端

  同时拥有台式机、笔记本、PAD、智能手机,是不是只带来方便?由此造成的资料分散及资源混乱是不是经常困扰着你?在中南大学,真实体验到了“透明计算”的贴心之处:

  ——通过个人账号登录电脑、手机、PAD等任何终端,都能从指定服务器调用数据和软件,把当前终端变成自己常用的电脑。

  ——终端只下载用户调用的软件和数据,使用后的数据更改和用户习惯仍保存在服务器里,完美实现资源整合与终端简便。

  更为神奇的是,在“透明计算”的世界里,服务器可以同时安装Windows、Unix、Linux等多套操作系统,用户通过一个新的平台——超级操作系统(Meta OS)来管理所有资源。Meta OS的界面简洁友好,基于不同操作系统开发的应用软件以图标形式排列,用户只需点击图标即可调用,完全不必再考虑背后的操作系统和硬件配置。

  “透明计算”的基本思路,是通过网络将存储、计算与管理分离,不仅能像云计算那样把数据和应用软件放在云端,而且把计算机的大脑——操作系统也放到了云端。张尧学介绍,作为信息技术领域的原始创新,“透明计算”先于云计算、包含云计算,最大优点是使用户得到跨操作系统、跨终端的无障碍服务,尽情享受网络时代提供的最大便利。

  “这就从根本上突破了统治计算机领域60余年的冯·诺依曼结构,实现了流式计算。”中南大学计算机所所长王国军指出,“这也破解了人们对电脑、手机性能的无止境追求,推动终端向轻便、低价、安全方向发展,最终方便所有人。”

  也正因如此,“透明计算”自2004年提出后,就备受业界推崇。英特尔、中国移动、联想集团、卡内基梅隆大学、清华大学等知名企业和高校纷纷跟进研究。国外评论指出:这将是首个由中国推动的计算技术,有望领跑新的计算时代。

  颠覆之二:网络信息安全不再成问题

  移动互联网遭遇的最大挑战,无疑是大家不放心把私密数据放在云端。而苹果公司承认iPhone可窃取用户信息、12306网站用户信息大规模泄露等事件,也都一再印证了人们的担心。

  “透明计算”的到来,能改变这一困局吗?张尧学给出的答案是:“从理论上,我们已解决了网络安全问题。”他强调,在“透明计算”时代,网络资源存储于用户指定的服务器(家庭电脑、企业服务器等),而不再是厂商指定的服务器,从根本上解决了用户信任问题——用“私人仓库”取代了“公共仓库”。

  那“私人仓库”的安全谁来保障?中南大学计算机工程系副主任王斌介绍,与现有杀毒软件都运行于操作系统之上不同,Meta OS运行于CPU和操作系统之间,担当着“仓库管理员”的角色。这就解决了一直困扰中国用户的问题:杀毒软件只能判断和剿杀操作系统不允许的外来入侵及非法操作,却无法防范操作系统自身的后门。换言之,你家仓库里虽然养了警犬,但外国人有仓库的备用钥匙,而警犬把用钥匙开门的都当主人,你有什么办法?“Meta OS的出现,相当于在仓库门外加派了一名看守,任何访客都会被他拦住,再交由仓库主人甄别需不需要放警犬。”

  “这就在我国用户普遍使用外国电脑和操作系统的现实下,找到了解决网络安全问题的有效路径。”张尧学预言,“‘透明计算’对中国国家信息安全的贡献,将超乎人们的想象。”

  目前,“透明计算”已成功应用于我国大型冶金企业的工控系统与工程设计部门,实现了工程设计和工程控制的安全性、高维护性和高可靠性;中南大学“湘雅医疗大数据系统建设”中,“透明计算”被应用于跨区域、跨医院、跨系统的就诊服务、个性化医疗信息安全采集等,已管理超过100亿条用户健康数据,有望带来大健康产业预计8万亿元的年产值。

  颠覆之三:使用外国产品也可发展自己

  “我们总希望一举替换外国产品,比如老想做一个系统彻底取代Windows。”张尧学这样指出我国信息技术领域的现实之困,在软硬件产品已被几大国际巨头垄断的背景下,由于使用习惯和兼容性问题,国产操作系统几乎连进入市场的机会都没有,“而不经受大规模实用检验,就更难追上外国产品”。

  “如何构建一个与各国软硬件兼容的平台,不排斥人家的优势产品,慢慢在共存中培养、壮大自己,才是后发国家的可行出路,这也正是‘透明计算’所致力解决的问题。”张尧学指出,Meta OS平台不排斥任何现有硬件与软件,国产操作系统可以与外国操作系统共存、互补,从单个应用软件起培养用户、赢得生存空间,最终实现全面超越;“透明计算”所需的配套硬件,则完全是一片蓝海,在智能眼镜、手表等可穿戴设备上的市场空间更是不可限量,国产硬件行业如能趁此一搏,必将风光无限。

  “一个好的标准就应该造福整个产业链,而‘透明计算’正是这样一个标准。”国外同行这样评价。英特尔公司现任总裁詹睿妮更在英特尔2012年信息技术峰会上这样开篇:“未来的计算,必将是‘透明计算’的时代。”

  我们身边的科学家

  张尧学,清华大学教授、中南大学校长、中国工程院院士。他出生湖南,初中毕业后,没上过高中,自学40多天后,一举考上了大学。大学毕业后,前往日本求学,学成后进入清华大学教书。1994年,年仅38岁的他被破格聘为清华大学教授。

  他不仅是“透明计算”研究的灵魂人物,同时又是一个大忙人。

  自1995年起,他的身份除清华大学教授外,还先后担任副司长、总经理、司长、校长等职务。

  尤其是自2011年以来,他在中南大学推行的一系列管理改革,引起媒体高度关注和报道。“校长”,已成为公众对他继“中国路由器之父”后的最深印象。

  如何做到学术研究和行政管理两不误?

  “我热爱科研,所以不管工作岗位怎么变化,始终没有放弃过我的科研。”张尧学说。

  据团队成员周悦芝说:“张老师是一个很有理想和激情的人。工作起来有蛮拼的。记得非典期间,实验室每天必须消毒。消毒水的气味非常大。我们在这个时候,往往都跑到实验室外面散步去了。张老师却完全不为所动,继续工作,似乎刺鼻的气味对他来说不存在。”

  “他常说,科研工作者没有礼拜六、礼拜天,没有节假日。他自己在实验室工作到深夜,更是家常便饭。”张尧学的学生、中南大学教授王斌说。

  这么拼,除科研兴趣、自信之外,有一个这样的小故事。

  2000年11月,中国教育代表团访问美国英特尔公司总部。会谈中,中国教育部领导提出,中国最需要的是经济、适用、无需频繁升级、少维护的计算机。对这一要求,英特尔公司高层频频点头,但并无实质性回应。

  作为代表团成员的张尧学记住了这一刻。他知道,虽然科学无国界,但没有任何一个国家的科学家会去为别国开发专门的技术。因此,他暗下决心,中国的问题还得中国自己解决。

  正是这份责任、情怀和执着,成就了今天站在国家科技大奖自然科学奖最高领奖台的张尧学!

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