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    透明计算引领“下一个计算时代”
    ——我国网络计算模式及网络操作系统研究获重大突破

    日期 2014-12-25   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

    第10期
    (总465期)

      本文提要:计算机体系结构是计算机科学技术的核心问题,在这一领域冯诺依曼结构一直以来占据主导地位。由张尧学院士带领的科研团队在国际上率先提出透明计算的新概念,突破了冯诺依曼结构的局限,成功研制出了具有独立知识产权的超级操作系统。该重大原创性成果对推动我国自主知识产权的计算机应用及相关产业发展,促进国家安全和社会稳定等方面将发挥积极作用。张尧学研究团队自1991年起先后多次获得科学基金的支持,为透明计算理论和技术的形成奠定了基础。

      从计算机诞生那天起,冯•诺依曼结构(即存储程序式结构)就一直占据着计算机体系结构的主导地位。然而,随着互联网技术的高速发展和大数据时代的来临,冯•诺依曼结构的局限性日益突显,如网络安全性低(易受病毒攻击、存在后门、易被他人监控等),用户很难在同一终端上实现跨平台操作,等等。因此,如何突破冯•诺依曼结构的束缚,创立安全高效的自主知识产权计算机操作系统,已成为关系国家安全、社会稳定及计算机产业健康发展的重大课题。

      清华大学教授、中南大学校长张尧学院士带领科研团队,从1991年开始在科学基金项目的支持下开展了透明计算的研究。经过20余年潜心研究取得了重大原始创新成果。在国际上率先突破了冯•诺依曼结构,被国外同行认为是“先于云计算、包含云计算”,开辟了新的计算时代,成功研制出了具有独立知识产权的超级操作系统。

      透明计算研究工作起步阶段曾多次获得国家自然科学基金的资助,虽数额不大但对透明计算思想的形成起到了不可或缺的作用,也为最终全面形成透明计算理论和技术奠定了坚实的基础,堪称“小项目”撬动“大成果”的典范。

      透明计算是一种全新的网络计算模式,即用户无需感知计算机操作系统、中间件、应用程序和通信网络的具体所在,只需根据自己的需求,通过网络从各类终端设备中选择并使用相应服务的计算模式。具有如下作用:

      全面提升了计算机安全级别。透明计算将网络互连平台由较高的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可防止上层软件系统受到攻击和安全漏洞威胁。这种从计算机系统底层寻求安全保护的方法,打开了被国外厂商控制的芯片与操作系统之间的“黑匣子”;改变了计算机领域近70年的固有思维和产品结构模式,在理论上可防御所有病毒对计算机系统的攻击,使得用户可以放心使用各种网络服务,实现计算机安全级别的全面提升。

      设计提出了全新概念的超级操作系统。利用透明计算原理,针对当前软硬件系统相互捆绑和相互依赖所导致的封闭化问题,在传统操作系统和底层硬件芯片之间设计了超级操作系统,通过近乎裸机的小终端(瘦终端)设备获取不同操作系统平台的各类服务,从而大大降低对用户终端的要求。可以说,透明计算从时空两个维度扩展了传统的冯•诺依曼结构,既打破了操作系统和硬件间的捆绑关系,也打破了少数企业产品的垄断局面,实现用户可自由选择各类软硬件服务。

      创造性提出“流式计算”方法。针对目前软件操作复杂、更新频繁、病毒防护以及数据迁移困难等普遍困扰用户的复杂问题,透明计算根据“以用户为中心”的人本思想,创造性地提出了“流式计算”方法。这种方法将操作系统和应用程序转变为能让用户随时随地获取的服务,这些服务由服务器统一管理与维护,如同水、电等资源一样,用户需要时源源不断地供其使用,用户使用完毕后又自动流走,从而始终保持小终端的轻便,为简易化操作提供支持。

      透明计算在国际上开辟了一个新的研究领域和发展方向,为网络计算提供了全新的模式和理论基础,在国际学术界和产业界产生了重大影响。计算机领域顶级学术期刊《国际电气和电子工程师协会计算机汇刊》即将出版有关透明计算的专辑,这是该刊首次为我国学者的原创性学术成果出版专辑。第一本云计算杂志《云计算国际杂志》已于2012年9月出版了透明计算专辑,200多家国际主要专业媒体也进行了长篇报道和评论。目前,国际上有30多所大学和科研机构正进行相关跟踪研究。英特尔公司从2007年起成立了针对透明计算的专门研究队伍开展持续研究,并大力推广相关应用。惠普、IBM等计算机领域的跨国集团也已开始关注和研究透明计算。

      透明计算改变了我国操作系统发展一贯采取的“替代策略”,是一次革命性创新,不仅可以从根本上改变我国国家网络安全和操作系统技术长期受制于人的局面,而且还具有形成新的信息技术产业链和拉动其他产业升级换代的前景与能力。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(如广西有色华锡集团和中金岭南凡口铅锌矿),实现了工程设计和工业控制的安全性、高维护性和高可靠性。腾讯公司已成功将该成果用于手机定位和微信功能等方面,创造了可观的经济效益。阿里巴巴、华为、联想等企业也已开始关注并使用该成果。我国应加快对这一原创性成果的进一步支持,加强研发力量和人才队伍建设,建立试点进行示范进而推广应用,使其对我国计算机及相关产业的转型升级发展真正发挥带动作用。

      当前,我国基础研究已经进入从跟踪国外到与发达国家并行发展的转型期,国家实施创新驱动发展战略也将对基础研究提出越来越多的迫切需求。基础研究是创新驱动发展的源头,日趋激烈的国际竞争环境更加凸显了具有产生突破性或颠覆性产业创新潜力的基础研究的重要性。然而,一些基础研究领域往往具有投入周期长、失败风险高、溢出效益大等特点,需要国家与社会给予长期稳定的支持,才能为科研人员营造一个持之以恒勇于创新的环境。国家自然科学基金对透明计算的支持就是一个很好的例证。




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