张尧学院士：透明计算是扩展冯•诺依曼结构 并非颠覆或替代

作者： 操秀英 http://scholarsupdate.hi2net.com/news.asp?NewsID=16785
          2005年的透明计算PPT  链接：http://pan.baidu.com/s/1dDdBKyd 密码：oho5
          获得国家自然科学奖一等奖，将张尧学院士及其研究团队带到舆论的风口浪尖。面对质疑，张尧学近日接受独家专访——
“这么长时间没有给公众回应，造成大家误解，非常抱歉。我之所以沉默就是考虑到知识产权和商业机密。”张尧学院士希望通过科技日报表达他的歉意。
获得国家自然科学奖一等奖，将张尧学及其研究团队带到舆论的风口浪尖。
          其获奖项目“网络计算的模式及基础理论研究”被通俗称为“透明计算”。据报道，这项研究主要在三个方面取得突破：研制了超级操作系统（Meta OS）、实现了计算与存储分离、实现了软硬件分离。
“我已经把我原型成果的视频公布在网上，大家可以观看（http://v.qq.com/page/h/v/q/h0145ebh1vq.html），也可以在我的主页上观看，技术人员可以通过这些视频去深入了解。”他说。
          围绕这一理论和技术的讨论持续至今。计算与存储分离很早就能实现了，网吧就是这么干的；这个概念不就是甲骨文等公司20年前提出的NC（网络计算机）吗？“透明计算”的概念乍听起来与云计算似乎无异，它到底有哪些独特之处呢？冯•诺依曼结构被颠覆了吗？Intel的透明计算和张尧学的透明计算是一回事吗？一个长期担任行政职务的人怎么会有时间做科研？张尧学近日接受科技日报独家专访，在获奖后首次详细介绍“透明计算”以及研究过程。
          “透明计算”与“云计算”
          “关于透明计算与云计算的不同，我在申报材料、几次答辩和多个场合讲了很多次。”张尧学说，第一，云计算是由厂商通过服务器端的架构提供计算资源的服务，用户终端仅仅作为服务的接收端而存在，而透明计算主要关注用户端。用户需要服务时，就从服务器端将需要的软件或数据通过块或页的方式碎片化调用并主要在终端完成计算，而且终端可以装或不装任何数据、软件包括操作系统；第二，云计算主要解决数据的海量存放和使用问题，对软件的云化、特别是操作系统的云化没有提出好的解决方案，而透明计算则较好地解决了这个问题；第三，透明计算还包括了云计算不具备的全过程管理、带宽与缓冲管理等功能；第四，由于云计算的重点不在终端的使用情况上，因而其在终端安全性上没有突破，而透明计算在终端安全性上有很好的考虑。
“透明计算的实现可以在多个层面，例如在硬件层之上、在中间件层或在应用层。”在张尧学看来，透明计算概念的提出应该早于云计算。
          “云计算大概是从2008年左右被国内熟知，而我们最早做‘透明计算’相关研究是1998年，但当时我们没有称它为这个名字，这个名字是2003年左右微软亚洲研究院的一位领导在参观我的实验室时给起的。”他说。
          发端于索普卡的“透明计算”
          “1998年，一台电脑的售价上万元，升级换代太快，而且病毒很多，我的想法是能不能让电脑变得更简单、更便宜、更安全和跨平台。”张尧学说，他在开发网络计算机的基础上，尝试把操作系统从原本已十分精简的终端上去掉，提出了没有操作系统的计算模式，并着手开发终端系统。
网络计算机的概念20年前就已提出。张尧学说，但甲骨文等公司的网络计算机用的并不好。“Sun公司还给我们送过一套Sunray系统，一台服务器加40个终端，价格要100万多元人民币，我记得每个终端要1000多美元。虽然是赠送，但不好用，当时也只能用一个操作系统。我就考虑能不能用一种更好的方式，管理网络资源，使得计算机终端更好用、更安全，而且能兼容不同操作系统。”
张尧学说，最初的研究从无盘站开始，但逐渐发现无盘站有很多局限，如只能识别一个操作系统，速度慢，执行上受用户数、对病毒防护差等的限制。“不过无盘站提供了PXE（预启动执行环境）协议，我们就在这个基础上做扩展。”
          几年后，张尧学的团队做出索普卡电脑。据称，这套系统相当于用一台当时的家用PC，可以带动30个终端，而且可以上多个操作系统。 “索普卡电脑的‘瘦’体现在：它本身是台裸机，没有任何软件，计算机运行所需的操作系统软件和应用软件都能从服务器下载得到。” 一篇题为《索普卡：中国PC“瘦身”之道》的报道这样写道。
张尧学说，索普卡有两项专利，还转让给了联想等公司。索普卡当时在贵州、云南等偏僻地区及部分边境部队和企业应用情况良好，2003年获得教育部科技进步一等奖以及2004年度的国家技术发明奖二等奖。
          “但是我觉得大学里的科研人员的主要任务应该还是从理论和研究上取得突破，而不是做产品。做产业需要融资、销售和生产等专业团队，这不是我的强项，何况我还在教育部任职。所以我就开始想把索普卡往移动网络、广域网方向推，从理论上思考怎样才能在网络环境下使计算机的使用更加安全和简单。”张尧学说，他从2004年开始这方面的理论研究。
张尧学于1999年至2011年任职教育部，但他告诉记者：“我在调到教育部之前已和时任教育的主管领导谈好，要继续在清华大学做科研。这位领导和清华大学都是同意的。因此，我出差很少，而且晚上和休息日基本都在实验室，这一点，我想清华大学的同事们都可以证明。”
          与英特尔的合作
          张尧学认为自己长期教授操作系统课程，以及从事协议的研究，对底层协议很熟悉。“操作系统两个最核心的内容是中断和调度，而这两个机制都是只针对单机，我就想能不能在底层硬件之上有个中间层，将操作系统和应用在内的软件从网络上加载到这个中间层上运行，并实现不同软件（包括操作系统及应用）的按需选择和按需调度，从而让不同的硬件和不同的软件系统连接。但这是一个黑匣子，需要反汇编。当时学生们做得很辛苦，后来好歹做成了，但效果不是太理想。这一是由于带宽，二是每个操作系统都要对底层反汇编，很难。”张尧学说。
          他表示，与英特尔的合作为该技术的更广泛应用起了很大作用。英特尔致力推广新一代BIOS及其接口标准，即EFI（可扩展固件接口），目前90%的新生产个人电脑已经采用了 EFI及其后的UEFI（统一可扩展固件接口）技术。“用EFI技术来实现透明计算，既支持多操作系统的选择和执行，又很大程度缓解了原来难以在不同硬件平台上运行的问题。”
          谈到与英特尔的合作，张尧学说，英特尔在2005年参观了他的实验室并初步接触后，双方于2007年2月签署合作协议后长期合作“至今，我们共签有3个合作协议，Intel公司完全承认我们的知识产权。由于商业协议的条款，我不能透露太多的合作细节。但INTEL美国总部软件与服务部平台技术中心总经理MichaelA.Greene在2013年4月英特尔信息峰会期间有个主题演讲‘透明计算时代’，其中第7、第8、第9页是关于我们合作的描述。这篇讲演的PPT，就挂在我的清华大学主页下（http://media.cs.tsinghua.edu.cn/zyx/）。”
          “我们的目标是将底层软件做成通用软件、扩展EFI，成为国际标准。而中层和高层的透明计算实现则正在进一步研究。我认为，HTML5是实现透明计算的一种技术手段。可能理解的不对，供大家批评。”张尧学说，“至于Intel的透明计算与我提出的透明计算有什么关系？建议大家采访Intel。我在这方面有充足的证据回答大家的质疑。”
            他表示，目前英特尔已经在台式机、笔记本、上网本、移动互联网设备、平板电脑和智能手机等多个平台上实现了透明计算，包括上海交通大学在内的单位都已使用了英特尔的台式机透明计算系统。而不少大学则购买了由清华专利转让的台式机系统。“清华大学、中南大学和清华的毕业生还基于透明计算思想，研制成功了用手机远程使用多种操作系统和应用的手机透明计算系统等新的系统原型。这次基本上都已公开，我们的知识产权有可能会受到损失。”
          与网络计算机等技术的区别
          总结与网络计算机、远程+VPN+PNS 等技术的区别，张尧学说，“透明计算”的最大突破是提出并部分实现了使终端如何变小以及无缝连接（跨硬件和软件平台）的思想和方法。按照此方法，研制了一个分布式超级操作系统MetaOS。它不仅包括远程启动协议MRBP（I, II）、网络服务访问协议NSAP，还包括可以管理调度不同的操作系统和网络带宽等资源的I/O man以及一个轻量化的网络协议栈等，并可沿使用路径监控网络上的使用情况。他透露，最近某央企控股公司也在国家重大专项支持下基于他们的原理和早期版本研制成功了MetaOS的新版本，并有重大应用。
一个理想的MetaOS能跟踪和记录来自于不同用户的访问、解决从端系统到服务器之间的各点资源的监控和管理，例如沿途的带宽、缓存等。“以前的计算机是由操作系统来调度各种软件的，但如何以碎片方式调动不同的操作系统，我没听说别人做过。”张尧学说。
          产业化前景可期
          “很多人说我们提出的计算与存储分离早就有了，我也做了十几年了，而且我们有专利。”张尧学说，“而且我们的技术可以让用户根据需要调用资源，指令是碎片化进入终端的，不是操作系统和应用程序全部，这样可以极大简化终端，带宽并不是主要问题”。
          他解释道，简单说来，MetaOS分为客户端和后端软件两部分。如果用户指定某台电脑为储存数据的后端，就安装后端软件，而他要用到的其他电脑、手机及可穿戴设备则需安装一个客户端软件。如此一来，他打开任何一个终端都能随意调用后端的程序和数据。清华和中南大学的透明计算研究团队则做出了更多的新产品原型，包括定制应用和不同操作系统的透明手机。
他介绍道，致力于将透明计算技术产业化的工作开展，在可穿戴设备、智慧家庭、医疗和教育大数据等方面都会有巨大的应用前景。例如，今后出国不用带笔记本电脑，远在非洲就可以存取和操作在北京计算机中的资源；医生在手机上可以使用专业软件调出并分析如核磁共振影像等各种医疗数据， 等等。
屏蔽此推广内容　　关于论文及冯•诺依曼结构
          “我在日本读书时，在IEEE上已发了3篇论文。如果继续跟着热点走，也可能继续发不少论文。但没跟别人做，头些年发文章很难，发的文章引用率也低”，他解释道：“但是这几年好多了。去年我们在计算机领域的顶级刊物和会议如《IEEE计算机会刊》上发表了4篇，2015年又接受了一篇。《IEEE计算机会刊》还要为透明计算出一册专刊，我是客座编辑，目前已收到30篇论文，正在审稿中。这是IEEE计算机会刊第一次为中国人提出的概念出专刊”。
          “我从来没有说过颠覆或替代之类的话。我们一直说的是扩展冯•诺依曼结构，由单机到网络，我在国际学术会议上这么讲，在美国的几个大学作学术报告时也这么讲，2007年评工程院院士时也是这么讲的。如果错了，那就是我的错误。”他最后说道，“计算机领域有许多我不懂的东西，我的认识有许多局限性，也会经常犯错误，但我愿意学习和接受批评。”