自然科學一等獎得主張堯學反擊質疑：透明計算不是雲計算

2015-01-26

中國科技界含金量最高的“自然科學一等獎”日前頒發給中南大學校長張堯學，但張堯學一定沒有料到他的成果竟遭到如此多的質疑。被廣泛報道為“顛覆馮·諾依曼結構”的“透明計算”理論，自從1月9日獲獎以來，就不斷被業內人士指責為對“雲計算”的重複，毫無創新。今天（26日），“透明計算”的提出者張堯學終於公開回應，澄清自己從未説過“顛覆（馮·諾依曼結構）”，只是“擴展”。張堯學在接受《科技日報》採訪時，還從技術層面解釋了自己的創新之處，認為自己得獎的原因是分佈式超級操作系統MetaOS。

張堯學既是教育部官員，又是清華大學教授，身份備受關注

中央媒體《科技日報》今天在頭版刊發對張堯學院士的獨家專訪，回應了一些外界的質疑。

由於張堯學於1999年至2011年期間一直在教育部任職，外界不乏對其科研能力的懷疑。對此他告訴記者：“我在調到教育部之前已和時任教育的主管領導談好，要繼續在清華大學做科研。這位領導和清華大學都是同意的。因此，我出差很少，而且晚上和休息日基本都在實驗室，這一點，我想清華大學的同事們都可以證明。”

張堯學的重點自然還是從技術層面為自己辯護。他首先談到了“透明計算”與“雲計算”的區別，認為雲計算只是實現了數據的遠程儲存，而透明計算的目的則是實現數據、軟件乃至操作系統都從服務器調用。張堯學説：

“第一，雲計算是由廠商通過服務器端的架構提供計算資源的服務，用户終端僅僅作為服務的接收端而存在，而透明計算主要關注用户端。用户需要服務時，就從服務器端將需要的軟件或數據通過塊或頁的方式碎片化調用並主要在終端完成計算，而且終端可以裝或不裝任何數據、軟件包括操作系統；第二，雲計算主要解決數據的海量存放和使用問題，對軟件的雲化、特別是操作系統的雲化沒有提出好的解決方案，而透明計算則較好地解決了這個問題；第三，透明計算還包括了雲計算不具備的全過程管理、帶寬與緩衝管理等功能；第四，由於雲計算的重點不在終端的使用情況上，因而其在終端安全性上沒有突破，而透明計算在終端安全性上有很好的考慮。”

張堯學的這一説法與觀察者網此前的分析並無區別。2008年起在中國興起的“雲計算”概念實際上只是商家的一個噱頭，的確只是起到了“網絡硬盤”的存儲功能。而“透明計算”與“雲計算”的原始概念，即甲骨文公司於上世紀90年代提出的“網絡計算機”（Network Computer）更加類似。

觀察者網科技觀察員指出，根據當時的報道，“網絡計算機”是為了替代“胖客户端”而提出的概念。“胖客户端”的概念其實很簡單，我們如今使用的每一台個人計算機都是一個“胖客户端”，即安裝有硬盤、光驅和各種軟件、操作系統的電腦。

與之相對，“瘦客户端”電腦只有最基本的處理器和音視頻設備、簡單的存儲器以及網絡設備，不預先安裝軟件，所有的軟件和數據都可以實時從遠端服務器獲得，主要的計算任務也都由服務器承擔。“網絡計算機”就是一套“瘦客户端”和服務器組成的系統。

“網絡計算機”概念的提出，最初是為了解決硬件昂貴、需要不斷升級換代的問題。目前的市場上，一台“瘦客户端”的價格可以低至幾百元人民幣。但其缺點在於對網絡基礎設施的要求較高，使用不方便，因此隨着PC價格的降低，如今“瘦客户端”的市場並不大。

張堯學在本次專訪中説，他最早做‘透明計算’相關研究是1998年，此前就已經接觸過網絡計算機，“但不好用”。

張堯學指出，“Sun公司還給我們送過一套Sunray系統，一台服務器加40個終端，價格要100萬多元人民幣，我記得每個終端要1000多美元”，“當時也只能用一個操作系統。我就考慮能不能用一種更好的方式，管理網絡資源，使得計算機終端更好用、更安全，而且能兼容不同操作系統。”

總結與網絡計算機、遠程+VPN+PNS 等技術的區別，張堯學説，“透明計算”的最大突破是提出並部分實現了使終端如何變小以及無縫連接（跨硬件和軟件平台）的思想和方法。按照此方法，研製了一個分佈式超級操作系統MetaOS。它不僅包括遠程啓動協議MRBP（I, II）、網絡服務訪問協議NSAP，還包括可以管理調度不同的操作系統和網絡帶寬等資源的I/O man以及一個輕量化的網絡協議棧等，並可沿使用路徑監控網絡上的使用情況。

一個理想的MetaOS能跟蹤和記錄來自於不同用户的訪問、解決從端系統到服務器之間的各點資源的監控和管理，例如沿途的帶寬、緩存等。“以前的計算機是由操作系統來調度各種軟件的，但如何以碎片方式調動不同的操作系統，我沒聽説別人做過。”張堯學説。

可以看出，張堯學自認的創新之處主要並不是“透明計算”的概念，而在於實際推出了一個新的操作系統“MetaOS”。不過由於這一操作系統的市場應用還並不廣泛，我們還很難對其作出評價。

張堯學團隊對MetaOS系統的介紹

翻頁閲讀張堯學專訪全文

原標題：讓透明計算更“透明”

獲得國家自然科學獎一等獎，將張堯學院士及其研究團隊帶到輿論的風口浪尖。面對質疑，張堯學近日接受科技日報獨家專訪——

科技日報北京1月25日電（記者操秀英）“這麼長時間沒有給公眾回應，造成大家誤解，非常抱歉。我之所以沉默就是考慮到知識產權和商業機密。”張堯學院士希望通過科技日報表達他的歉意。

獲得國家自然科學獎一等獎，將張堯學及其研究團隊帶到輿論的風口浪尖。

其獲獎項目“網絡計算的模式及基礎理論研究”被通俗稱為“透明計算”。據報道，這項研究主要在三個方面取得突破：研製了超級操作系統（Meta OS）、實現了計算與存儲分離、實現了軟硬件分離。

“我已經把我原型成果的視頻公佈在網上，大家可以觀看（http://v.qq.com/page/h/v/q/h0145ebh1vq.html），也可以在我的主頁上觀看，技術人員可以通過這些視頻去深入瞭解。”他説。

圍繞這一理論和技術的討論持續至今。計算與存儲分離很早就能實現了，網吧就是這麼幹的；這個概念不就是甲骨文等公司20年前提出的NC（網絡計算機）嗎？“透明計算”的概念乍聽起來與雲計算似乎無異，它到底有哪些獨特之處呢？馮·諾依曼結構被顛覆了嗎？Intel的透明計算和張堯學的透明計算是一回事嗎？一個長期擔任行政職務的人怎麼會有時間做科研？張堯學近日接受科技日報獨家專訪，在獲獎後首次詳細介紹“透明計算”以及研究過程。

“透明計算”與“雲計算”

“關於透明計算與雲計算的不同，我在申報材料、幾次答辯和多個場合講了很多次。”張堯學説，第一，雲計算是由廠商通過服務器端的架構提供計算資源的服務，用户終端僅僅作為服務的接收端而存在，而透明計算主要關注用户端。用户需要服務時，就從服務器端將需要的軟件或數據通過塊或頁的方式碎片化調用並主要在終端完成計算，而且終端可以裝或不裝任何數據、軟件包括操作系統；第二，雲計算主要解決數據的海量存放和使用問題，對軟件的雲化、特別是操作系統的雲化沒有提出好的解決方案，而透明計算則較好地解決了這個問題；第三，透明計算還包括了雲計算不具備的全過程管理、帶寬與緩衝管理等功能；第四，由於雲計算的重點不在終端的使用情況上，因而其在終端安全性上沒有突破，而透明計算在終端安全性上有很好的考慮。

“透明計算的實現可以在多個層面，例如在硬件層之上、在中間件層或在應用層。”在張堯學看來，透明計算概念的提出應該早於雲計算。

“雲計算大概是從2008年左右被國內熟知，而我們最早做‘透明計算’相關研究是1998年，但當時我們沒有稱它為這個名字，這個名字是2003年左右微軟亞洲研究院的一位領導在參觀我的實驗室時給起的。”他説。

發端於索普卡的“透明計算”

“1998年，一台電腦的售價上萬元，升級換代太快，而且病毒很多，我的想法是能不能讓電腦變得更簡單、更便宜、更安全和跨平台。”張堯學説，他在開發網絡計算機的基礎上，嘗試把操作系統從原本已十分精簡的終端上去掉，提出了沒有操作系統的計算模式，並着手開發終端系統。

網絡計算機的概念20年前就已提出。張堯學説，但甲骨文等公司的網絡計算機用的並不好。“Sun公司還給我們送過一套Sunray系統，一台服務器加40個終端，價格要100萬多元人民幣，我記得每個終端要1000多美元。雖然是贈送，但不好用，當時也只能用一個操作系統。我就考慮能不能用一種更好的方式，管理網絡資源，使得計算機終端更好用、更安全，而且能兼容不同操作系統。”

張堯學説，最初的研究從無盤站開始，但逐漸發現無盤站有很多侷限，如只能識別一個操作系統，速度慢，執行上受用户數、對病毒防護差等的限制。“不過無盤站提供了PXE（預啓動執行環境）協議，我們就在這個基礎上做擴展。”

幾年後，張堯學的團隊做出索普卡電腦。據稱，這套系統相當於用一台當時的家用PC，可以帶動30個終端，而且可以上多個操作系統。 “索普卡電腦的‘瘦’體現在：它本身是台裸機，沒有任何軟件，計算機運行所需的操作系統軟件和應用軟件都能從服務器下載得到。” 一篇題為《索普卡：中國PC“瘦身”之道》的報道這樣寫道。

張堯學説，索普卡有兩項專利，還轉讓給了聯想等公司。索普卡當時在貴州、雲南等偏僻地區及部分邊境部隊和企業應用情況良好，2003年獲得教育部科技進步一等獎以及2004年度的國家技術發明獎二等獎。

“但是我覺得大學裏的科研人員的主要任務應該還是從理論和研究上取得突破，而不是做產品。做產業需要融資、銷售和生產等專業團隊，這不是我的強項，何況我還在教育部任職。所以我就開始想把索普卡往移動網絡、廣域網方向推，從理論上思考怎樣才能在網絡環境下使計算機的使用更加安全和簡單。”張堯學説，他從2004年開始這方面的理論研究。

張堯學於1999年至2011年任職教育部，但他告訴記者：“我在調到教育部之前已和時任教育的主管領導談好，要繼續在清華大學做科研。這位領導和清華大學都是同意的。因此，我出差很少，而且晚上和休息日基本都在實驗室，這一點，我想清華大學的同事們都可以證明。”

與英特爾的合作

張堯學認為自己長期教授操作系統課程，以及從事協議的研究，對底層協議很熟悉。“操作系統兩個最核心的內容是中斷和調度，而這兩個機制都是隻針對單機，我就想能不能在底層硬件之上有個中間層，將操作系統和應用在內的軟件從網絡上加載到這個中間層上運行，並實現不同軟件（包括操作系統及應用）的按需選擇和按需調度，從而讓不同的硬件和不同的軟件系統連接。但這是一個黑匣子，需要反彙編。當時學生們做得很辛苦，後來好歹做成了，但效果不是太理想。這一是由於帶寬，二是每個操作系統都要對底層反彙編，很難。”張堯學説。

他表示，與英特爾的合作為該技術的更廣泛應用起了很大作用。英特爾致力推廣新一代BIOS及其接口標準，即EFI（可擴展固件接口），目前90%的新生產個人電腦已經採用了 EFI及其後的UEFI（統一可擴展固件接口）技術。“用EFI技術來實現透明計算，既支持多操作系統的選擇和執行，又很大程度緩解了原來難以在不同硬件平台上運行的問題。”

談到與英特爾的合作，張堯學説，英特爾在2005年參觀了他的實驗室並初步接觸後，雙方於2007年2月簽署合作協議後長期合作“至今，我們共簽有3個合作協議，Intel公司完全承認我們的知識產權。由於商業協議的條款，我不能透露太多的合作細節。但INTEL美國總部軟件與服務部平台技術中心總經理MichaelA.Greene在2013年4月英特爾信息峯會期間有個主題演講‘透明計算時代’，其中第7、第8、第9頁是關於我們合作的描述。這篇講演的PPT，就掛在我的清華大學主頁下（http://media.cs.tsinghua.edu.cn/zyx/）。”

“我們的目標是將底層軟件做成通用軟件、擴展EFI，成為國際標準。而中層和高層的透明計算實現則正在進一步研究。我認為，HTML5是實現透明計算的一種技術手段。可能理解的不對，供大家批評。”張堯學説，“至於Intel的透明計算與我提出的透明計算有什麼關係？建議大家採訪Intel。我在這方面有充足的證據回答大家的質疑。”

他表示，目前英特爾已經在台式機、筆記本、上網本、移動互聯網設備、平板電腦和智能手機等多個平台上實現了透明計算，包括上海交通大學在內的單位都已使用了英特爾的台式機透明計算系統。而不少大學則購買了由清華專利轉讓的台式機系統。“清華大學、中南大學和清華的畢業生還基於透明計算思想，研製成功了用手機遠程使用多種操作系統和應用的手機透明計算系統等新的系統原型。這次基本上都已公開，我們的知識產權有可能會受到損失。”

與網絡計算機等技術的區別

一個理想的MetaOS能跟蹤和記錄來自於不同用户的訪問、解決從端系統到服務器之間的各點資源的監控和管理，例如沿途的帶寬、緩存等。“以前的計算機是由操作系統來調度各種軟件的，但如何以碎片方式調動不同的操作系統，我沒聽説別人做過。”張堯學説。

產業化前景可期

“很多人説我們提出的計算與存儲分離早就有了，我也做了十幾年了，而且我們有專利。”張堯學説，“而且我們的技術可以讓用户根據需要調用資源，指令是碎片化進入終端的，不是操作系統和應用程序全部，這樣可以極大簡化終端，帶寬並不是主要問題”。

他解釋道，簡單説來，MetaOS分為客户端和後端軟件兩部分。如果用户指定某台電腦為儲存數據的後端，就安裝後端軟件，而他要用到的其他電腦、手機及可穿戴設備則需安裝一個客户端軟件。如此一來，他打開任何一個終端都能隨意調用後端的程序和數據。清華和中南大學的透明計算研究團隊則做出了更多的新產品原型，包括定製應用和不同操作系統的透明手機。

他介紹道，致力於將透明計算技術產業化的工作開展，在可穿戴設備、智慧家庭、醫療和教育大數據等方面都會有巨大的應用前景。例如，今後出國不用帶筆記本電腦，遠在非洲就可以存取和操作在北京計算機中的資源；醫生在手機上可以使用專業軟件調出並分析如核磁共振影像等各種醫療數據，等等。

關於論文及馮·諾依曼結構

“我在日本讀書時，在IEEE上已發了3篇論文。如果繼續跟着熱點走，也可能繼續發不少論文。但沒跟別人做，頭些年發文章很難，發的文章引用率也低”，他解釋道：“但是這幾年好多了。去年我們在計算機領域的頂級刊物和會議如《IEEE計算機會刊》上發表了4篇，2015年又接受了一篇。《IEEE計算機會刊》還要為透明計算出一冊專刊，我是客座編輯，目前已收到30篇論文，正在審稿中。這是IEEE計算機會刊第一次為中國人提出的概念出專刊”。

“我從來沒有説過顛覆或替代之類的話。我們一直説的是擴展馮·諾依曼結構，由單機到網絡，我在國際學術會議上這麼講，在美國的幾個大學作學術報告時也這麼講，2007年評工程院院士時也是這麼講的。如果錯了，那就是我的錯誤。”他最後説道，“計算機領域有許多我不懂的東西，我的認識有許多侷限性，也會經常犯錯誤，但我願意學習和接受批評。”