中國工程院院士張堯學
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——
“這么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：研制了超級操作系統（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布在網上，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了解。”他說。
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，網吧就是這么干的；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”的概念乍聽起來與云計算似乎無異，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么會有時間做科研？張堯學近日接受科技日報獨家專訪，在獲獎后首次詳細介紹“透明計算”以及研究過程。
“透明計算”與“云計算”
“關于透明計算與云計算的不同，我在申報材料、幾次答辯和多個場合講了很多次。”張堯學說，第一，云計算是由廠商通過服務器端的架構提供計算資源的服務，用戶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戶端。用戶需要服務時，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并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，云計算主要解決數據的海量存放和使用問題，對軟件的云化、特別是操作系統的云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，透明計算還包括了云計算不具備的全過程管理、帶寬與緩沖管理等功能；第四，由于云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于云計算。
“云計算大概是從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。”他說。
發端于索普卡的“透明計算”
“1998年，一臺電腦的售價上萬元，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、更安全和跨平臺。”張堯學說，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，并著手開發終端系統。
網絡計算機的概念20年前就已提出。張堯學說，但甲骨文等公司的網絡計算機用的并不好。“Sun公司還給我們送過一套Sunray系統，一臺服務器加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。”
張堯學說，最初的研究從無盤站開始，但逐漸發現無盤站有很多局限，如只能識別一個操作系統，速度慢，執行上受用戶數、對病毒防護差等的限制。“不過無盤站提供了PXE（預啟動執行環境）協議，我們就在這個基礎上做擴展。”
幾年后，張堯學的團隊做出索普卡電腦。據稱，這套系統相當于用一臺當時的家用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：它本身是臺裸機，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。
張堯學說，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、云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。
“但是我覺得大學里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。”張堯學說，他從2004年開始這方面的理論研究。
張堯學于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，而這兩個機制都是只針對單機，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，并實現不同軟件（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，需要反匯編。當時學生們做得很辛苦，后來好歹做成了，但效果不是太理想。這一是由于帶寬，二是每個操作系統都要對底層反匯編，很難。”張堯學說。
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采用了 EFI及其后的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臺上運行的問題。”
談到與英特爾的合作，張堯學說，英特爾在2005年參觀了他的實驗室并初步接觸后，雙方于2007年2月簽署合作協議后長期合作“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。由于商業協議的條款，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臺技術中心總經理MichaelA.Greene在2013年4月英特爾信息峰會期間有個主題演講‘透明計算時代’，其中第7、第8、第9頁是關于我們合作的描述。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。”張堯學說，“至于Intel的透明計算與我提出的透明計算有什么關系？建議大家采訪Intel。我在這方面有充足的證據回答大家的質疑。”
他表示，目前英特爾已經在臺式機、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臺上實現了透明計算，包括上海交通大學在內的單位都已使用了英特爾的臺式機透明計算系統。而不少大學則購買了由清華專利轉讓的臺式機系統。“清華大學、中南大學和清華的畢業生還基于透明計算思想，研制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
總結與網絡計算機、遠程+VPN+PNS 等技術的區別，張堯學說，“透明計算”的最大突破是提出并部分實現了使終端如何變小以及無縫連接（跨硬件和軟件平臺）的思想和方法。按照此方法，研制了一個分布式超級操作系統MetaOS。它不僅包括遠程啟動協議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，并可沿使用路徑監控網絡上的使用情況。他透露，最近某央企控股公司也在國家重大專項支持下基于他們的原理和早期版本研制成功了MetaOS的新版本，并有重大應用。
一個理想的MetaOS能跟蹤和記錄來自于不同用戶的訪問、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，我沒聽說別人做過。”張堯學說。
產業化前景可期
“很多人說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。”張堯學說，“而且我們的技術可以讓用戶根據需要調用資源，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，帶寬并不是主要問題”。
他解釋道，簡單說來，MetaOS分為客戶端和后端軟件兩部分。如果用戶指定某臺電腦為儲存數據的后端，就安裝后端軟件，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戶端軟件。如此一來，他打開任何一個終端都能隨意調用后端的程序和數據。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，包括定制應用和不同操作系統的透明手機。
他介紹道，致力于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，今后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并分析如核磁共振影像等各種醫療數據， 等等。
關于論文及馮·諾依曼結構
“我在日本讀書時，在IEEE上已發了3篇論文。如果繼續跟著熱點走，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”。
“我從來沒有說過顛覆或替代之類的話。我們一直說的是擴展馮·諾依曼結構，由單機到網絡，我在國際學術會議上這么講，在美國的幾個大學作學術報告時也這么講，2007年評工程院院士時也是這么講的。如果錯了，那就是我的錯誤。”他最后說道，“計算機領域有許多我不懂的東西，我的認識有許多局限性，也會經常犯錯誤，但我愿意學習和接受批評。”
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