中國首創透明計算：可讓計算機徹底減掉操作系統

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如今，當台式電腦、筆記本、PAD、智能手機等設備成為人們生活中的常用裝備時，你是否也長期為一些問題苦惱：比如智能手機裏軟件圖標排了好幾個頁面，各種程序都要定期更新和維護，還占用大量內存，導致你的手機慢得像蝸牛；比如經常搞不清自己的資料到底存在哪個設備裏，只能在本就雜亂的存儲庫裏瘋狂翻找；比如伴隨蘋果公司承認iPhone可竊取用戶信息、12306網站用戶信息大規模泄露這樣的新聞不斷曝光，你開始時時擔心自己的隱私數據有一天會不會也被人竊取；再比如一個信息技術發展滯後的國家如何維護自身的信息安全……

所有這些苦惱，隨著一個名為“透明計算”的基礎研究課題在本月上旬榮獲2014年度國家自然科學獎一等獎而迎來解決的曙光。這項由我國科學家耗時20余年提出、定義、設計並實現的計算機領域的原創成果，創造了我國計算機領域的多項第一。

隨之而來的話題演變為，透明計算能否讓我國的信息技術借此實現後發趕超、“彎道超車”？這其中有爭議，更有期許。

①為什麽會出現透明計算？

人類實現的每一次重大變革，都是為了解決現實的困境。要理解什麽是透明計算，我們首先應該先了解它出現的現實原因。

計算機自出現以來，以美國的馮·諾依曼教授為代表的科學家們設計的編碼程序占據主流，這些關於計算機的基礎理論被統一命名為馮·諾依曼結構，並一直沿用至今。

隨著信息技術的不斷發展，這一經典結構的問題也不斷暴露：比如網絡安全性低、難以抵擋病毒侵入，存在後門、監控；操作系統、芯片、中間件構成的產業鏈受制於人；用戶很難在同一電腦終端上實現跨平台操作。手機、個人電腦、平板電腦不斷更新換代，軟件也都是廠商搭配好的，一個軟件被破壞了，安裝起來麻煩--總之是費錢又費事。

有沒有一種方法，讓用戶不必再為這些操作系統、中間件和應用程序鬧心，而是根據個性化需求，自行低廉地選擇相關服務。簡單地說，用戶不用知道這些程序和服務是怎麽來的，只需要得到自己想要的服務就行。

對此，透明計算的發明者，清華大學教授、中南大學校長、中國工程院院士張堯學打了這樣一個比喻。如果把計算機比作一個旅客，“運算”就是這個旅客要穿的衣服，外出旅行當然要帶很多衣服，按照馮·諾依曼結構，這些衣服會通通被裝進一個叫計算機存儲器的“旅行箱”裏。尷尬的是，這名旅客心思越來越花哨，要穿的衣服不斷增多，自然，旅行箱變得越來越重。

那麽問題來了，假如這名任性的旅客既要穿這些衣服又不願意帶旅行箱，這怎麽辦呢？“透明計算”的出現正充當了這樣一位隨叫隨到的“旅行助理”，它的工作就是在旅客需要時便立刻把合適的衣服送來。作為旅客的計算機、手機等則“甩”掉了存儲器這個沉重的旅行箱，而變身為真正的“裸機”，實現從裏到外的“瘦身”。

②透明計算都讓計算機哪裏“瘦”了？

具體來說，透明計算對計算機的“減肥”作用明顯。

首先就是成功將“計算機的大腦”--操作系統“減掉”。在透明計算的世界裏，通過個人賬號登錄電腦、手機、PAD等任何終端，都能從指定服務器調用數據和軟件，把當前終端變成自己常用的電腦；並且，可以任意安裝Windows、Unix、linux等多套操作系統，任何一台手機則既可以使用安卓系統也可以使用蘋果系統。同時，這些個人數據都完整保存在服務器裏，用時才拿出來。

據介紹，只要網絡正常，在世界上任何一個地點登陸，都可以感受到同樣的上述用戶體驗，而且不必擔心大量的流量使用。

要實現這些酷炫的操作，只需要借助張堯學團隊開發的一個名叫“meta OS”的超級操作系統。其“超級”之處在於，它是“管理操作系統的操作系統”。張堯學認為，各大信息技術公司依靠自己開發的操作系統，都把著自己那一畝三分地，“九龍治水，我不當第十條龍，而要當管龍的'龍王'。”

這即是透明計算的基本思路--通過網絡將存儲、計算與管理分離，不僅能像雲計算那樣把數據和應用軟件放在雲端，而且把操作系統也放到了雲端。中南大學計算機所所長王國軍指出，“這破解了人們對電腦、手機性能的無止境追求，推動終端向輕便、低價、安全方向發展，最終方便所有人。”

其次，殺毒軟件、防火墻基本可以退出歷史舞台了。按照張堯學的解釋，透明計算理論上已經解決了困擾人們幾十年的網絡安全問題。其方法是--“釜底抽薪”。這“薪”抽了兩次：第一次，透明計算將網絡資源存在用戶指定的服務器（比如家庭電腦）裏，而不是廠商的服務器，這就好比把個人信息從“公共倉庫”轉到了“私人倉庫”了。

接下來的問題是，“私人倉庫”雖然有殺毒軟件來防範操作系統所禁止的“外賊”，但由於操作系統自身存在後門，對於“內賊”，殺毒軟件這條“警犬”一籌莫展，因為對這些“警犬”的設定就是--拿鑰匙的百分之百是“主人”。運行於CPU和操作系統之間的“meta OS”，它充當的正是倉庫外增派的“倉庫管理員”，無論任何訪客，沒有主人親自通過“貓眼”甄別，它都不會放進倉庫。這就是第二次抽“薪”。張堯學預言，“'透明計算'對我國信息安全的貢獻，將超乎人們的想象。”


③關於透明計算的爭議何以持續發酵？

“透明計算將引領下一個計算時代。” 早在2012年9月，在美國舉行的英特爾全球信息技術峰會上，時任英特爾副總裁、現任英特爾總裁的詹睿妮這樣評價透明計算。國外媒體評論說：“中國人把計算機的大腦推入了雲中。”

然而在透明計算獲獎的消息公布後，這項凝聚著張堯學及其團隊多年心血的研究卻不斷遭到各類質疑。

比如，有網友認為，透明計算其實質與雲計算虛擬化概念類似，且其評獎公示材料中提到的8篇論文沒有發表在主要學術雜誌上，因此顯得“不夠分量”。

同時，透明計算得到產業界，尤其是國際IT巨頭認可的說法也遭到質疑。有網友認為，英特爾公司所稱的透明計算是指透明計算平台，如HTML5（HTML最新的修訂版本。HTML指超文本標記語言，它是一種制作萬維網頁面的標準語言），與張堯學所主導研究的透明計算並不對等。

總結來看，質疑焦點主要指向該研究的獨創性和創新性。

應該說，出現這些質疑是正常的，這說明大家對透明計算這樣的新事物的關註度在不斷提高。需要指出的是，對於這些質疑，沉默或者逃避解決不了問題。只有人們對透明計算有了充分深入的了解，質疑才會自然消除。

事實上，早在1988年，時任清華大學教授的張堯學就開始帶領科研團隊，探索如何突破網絡計算模式。2004年，他正式提出“透明計算”思想，這比雲計算提出時間還要早。一般來說，雲計算是指通過對各類信息資源的集中使用和共享，為用戶提供各類個性化服務，包括海量數據存儲、管理、搜索、瀏覽等。透明計算則實現了由信息共享、資源共享向服務共享的發展，是更廣義的雲計算模式。

當前，各大IT巨頭沒自己的“雲”都不好意思打招呼，但囿於自身利益，各個雲平台各自為戰，服務有限，且不能兼容共享。這種局面最終受害的還是用戶，因為越來越“重”、越來越復雜的軟硬件，使各個雲平台的安全性、可靠性、功耗、成本得不到保障。

作為雲計算的更高級模式，透明計算代表著自由、兼容、穿越、跨平台、打破壁壘、共應用、共操作系統。其核心是，根據中央處理器一次只執行一條指令的運算規則，建立起虛擬的網上交換與調度方法，讓用戶只管輕松、任意調用，而不用考慮兼容、存儲、安全等問題。

更為重要的意義是，這種以“服務共享”為核心的計算模式，創造了一種第二產業和第三產業融合發展的新模式，代表著我國信息、計算機、互聯網、移動通信等領域未來實現產業升級的方向。因為長期以來，我國IT技術的發展，總是停留在“別人做了什麽，我們就要做一個替代它”的模式下，其實，這是非常艱苦的策略。面對別人成熟的市場和技術壟斷，我們要實現超越，困難可想而知。

作為信息技術領域的後發國家，要實現超車，最好的方法是借力打力。按照張堯學的說法，就是“不破壞、不反對、不消滅”原結構，但派生出很多新終端，“如果是在產業鏈上占據話語權，哪怕一兩個點，那就能拉動我們產業大發展。”

從這個意義上來說，對於那些暫時還沒有實現商業化運用但包涵巨大潛力的基礎研究項目，我們是否應該給予一些必要的等待時間呢？

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張堯學和透明計算

張堯學，1956年1月生於湖南省常德澧縣，中國工程院院士、中國作家協會會員、國務院信息化咨詢委員會委員、國務院學位委員會委員、《電子學報》中英文版副主編、中國電子學會常務理事、解放軍總裝備部軍用計算機及軟件專業組成員專家，兼任清華大學教授、博士生導師。

1995年，張堯學主持研制成功國內首台網絡路由器，並推動了這一事關國家安全和信息產業核心產品的產業化。

其率先在國際上開展主動服務和透明計算領域的研究，提出了在時空上擴展馮·諾依曼結構，把信息存儲、運算和管理分開的透明計算理論與方法，並研究成功了基於該理論的內核分布式操作系統和無操作系統的透明計算終端，廣泛用於中國軍事、商務、教育和管理等領域，受到了國內外學術界的重視，被國外同行認為是“先於雲計算，並包含了雲計算”的原創性學術成果，並正向服務手機、雲手機等移動互聯網、家庭網等領域擴展。

張堯學主要的研究方向是透明計算和主動服務。在網絡基礎理論方面，張堯學提出了被美國同行稱為“Zhang's method”（張氏思路）的交互式協議綜合法，推動了網絡基礎理論的發展和進步。曾以第一獲獎人獲國家技術發明二等獎一項、國家科技進步二等獎兩項；何梁何利科技進步獎，美國IET教育基金會教育領先獎，以及亞洲開放大學聯合會功勛服務獎等獎項。

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