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张尧学:开启下一个计算时代

来源:湖南日报 作者: 编辑:严欢 2015-01-22 11:52:34
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(1月4日,中南大学“透明计算”实验室,张尧学(前排左三)在和学生一起探讨交流。)

(1月4日,中南大学“透明计算”实验室,大学生在操作和演示基于透明计算的健康信息采集推送系统运用,通过手机就可以随时随地对身体进行健康检查。)

  本版照片均为湖南日报记者 郭立亮 摄
  
  自世界首台计算机在美国诞生以来,冯·诺依曼结构,即存储程序式结构,一直被奉为计算机体系结构的经典,掌控着整个计算机世界。
  
  60多年后,一位中国科学家对这一经典提出质疑,并在世界上率先提出将计算机数据的储存、运算与管理分离的概念,继而提出“透明计算”的理论。
  
  他,就是张尧学,清华大学教授、中南大学校长、中国工程院院士。
  
  1月9日,北京。在国家科技奖励大会上,张尧学领衔的“网络计算的模式及基础理论研究”,获得国家自然科学奖一等奖。
  
  “先于云计算,包含云计算”
  
  张尧学是一位颇具传奇色彩的人。
  
  这位出生湖南澧县农村的中国科学家,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,轰动一时。
  
  20年过去,58岁的他再次令人瞩目:其领衔研究的科研成果,获得国家自然科学奖一等奖。
  
  也许是不同寻常的经历,赋予了张尧学与众不同的创新气质和勇气。
  
  1991年,尚在清华大学教书的张尧学,对计算机使用的繁琐和复杂表示质疑:能不能让计算机的用户端“瘦身”,让人们使用它更轻便、更快捷、更安全呢?
  
  张尧学的设想虽好,但大家并不怎样看好。因为这意味着要挑战传统的计算机体系结构,尚无人研究,也没有任何资料可借鉴,其难度之大可想而知。
  
  “当时选择这个课题的时候,是一个探险或者说是冒险。因为我们完全没有把握会做出一个什么东西来。”张尧学院士的学生、清华大学副研究员周悦芝回忆说。
  
  但张尧学不这样想。他认为创新需要大胆想象,科研只要是以问题为导向,做他人没做过的事,做能够改变世界的事,就值得去探究。尤其是进入互联网时代以来,计算机在使用中出现了很多问题,需要科学家回过头来对计算机的基础理论进行思考和完善。
  
  经过10余年的艰难探索,2004年,张尧学正式提出“透明计算”的概念,其核心是将数据的存储、计算与管理分离,将存储放在服务器端,通过网络以数据流形式及时载入。
  
  这一想法突破了传统的冯·诺依曼结构的束缚,为计算机技术开辟了一个崭新的研究领域和发展方向。
  
  为什么取名透明?
  
  “因为我们希望通过我们的研究,计算机的用户端不仅‘瘦身’了,而且能做更大的事,即通过网络无障碍获取不同操作系统的各种服务。这些软硬件、操作系统对用户都是透明,不是封闭的,所以取名透明计算。”
  
  “透明计算”的提出,比西方的“云计算”概念提出早了3年多的时间。其不仅具有“云计算”所有的特色,而且更安全,更人性化。尤其是它创造的全新概念的“超级操作系统”,解除了操作系统和硬件的捆绑关系。这是革命性的创新,有别于“云计算”。
  
  可以说,透明计算“先于云计算、包含云计算”。
  
  “引领下一个计算时代”
  
  “透明计算”自2004年诞生后,引起国外同行的高度关注。
  
  计算机领域顶级学术期刊刊发论文予以推介,国际第一本云计算杂志还出版了透明计算专辑。30多所国外大学和科研机构对透明计算进行跟踪研究,200多家主要国际技术媒体进行长篇报道和评论。美国英特尔公司自2007年起,成立专门队伍持续研究并大力推广透明计算。
  
  在世界计算机研究领域,第一次出现由中国科学家原创成果引领研究方向的潮流。
  
  英特尔高级副总裁詹睿妮评价:“透明计算将引领下一个计算时代。”
  
  为何是透明计算?
  
  在移动互联网和大数据时代,全球每天都有海量的数据信息产生,传统的单机计算机,不得不频繁升级换代,存储的东西也越来越多,并出现了消化不良的状况:网络安全性低(病毒、后门、监控)、产业链受制于人(操作系统、芯片、中间件)、用户很难在同一终端上实现跨平台操作等。
  
  透明计算,为这些问题提供了一个较好的解决方案。
  
  针对网络安全问题,透明计算将网络互连平台由较高网络层下降到计算机芯片和操作系统间的接口层,在接口层设计保护程序,即安置一个能力超强的“保安”,防止上层软件系统受到攻击和安全漏洞威胁,从而解决了信息网络的安全问题。
  
  针对各操作系统相对封闭,用户使用不便捷的问题,透明计算设计出超级操作系统,即“TransOS”。这个网络“超人”,可以让用户通过小终端设备,获取不同操作系统平台的各种服务。使用户可以在一个终端完成跨平台操作,自由选择各种软硬件服务。
  
  透明计算还为用户端“减负”,提出“流式计算”方法,保证小终端轻便、简易。
  
  ……
  
  “我们研究透明计算的初始想法,是希望计算机能够像电视机一样简单好用。这是一个看起来容易,做起来却异常困难的想法。幸运的是,我们坚持下来了,并正在一步步将设想变成现实。”周悦芝说。
  
  “热爱科研,工作起来蛮拼的”
  
  “透明计算”研究的灵魂人物张尧学院士,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。
  
  为此,张尧学一直住在清华校园,行政工作之余所有的时间都用在了科研上。到中南大学后,他又在中南大学成立了透明计算研究室。
  
  “张老师是一个很有理想和激情的人。且一旦认定方向,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。”周悦芝说。
  
  “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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