透明計算：引領下一個計算時代

國家自然科學獎一等獎以寧缺毋濫著稱，1999年到2013年的15年間，竟有10年空缺。日前揭曉的2014年國家自然科學獎一等獎，則頒給了一種全新的網絡化計算模式——“透明計算”。

那么，“透明計算”究竟憑什么能摘得此項桂冠？它將給信息領域帶來哪些顛覆性改變？

這個年頭，一臺沒有安裝軟件的電腦，能干些什么？

在中南大學“透明計算”實驗室，這樣的一臺電腦，能玩“憤怒的小鳥”等好多游戲；在廣西有色華錫集團高峰礦業有限公司，能完成一兩萬元才能買到的工業自動化控制機能干的活；在貴州大山深處的學校，孩子們不僅可以用它打字編輯文檔，還可以通過模擬上網聆聽城市名校的著名特級教師講課。

牛吧，有了“透明計算”模式，小終端也能做大事。難怪英特爾高級副總裁詹睿妮評價說：“‘透明計算’使應用程序跨越操作系統和體系結構無縫運行，是把用戶放在計算體驗中心的一種新計算模式。透明計算將引領下一個計算時代。”

“‘透明計算’，就是用戶拿著裸機隨時隨地享受想要的服務，而不用操心如何得到服務。”中國工程院院士、中南大學校長張堯學說，秘訣就在于變“單機強大”為“網絡強大”。

1946年，隨著埃歷阿克在美國誕生，世界跨入了電腦時代。一直到現在，臺式機也好、手提機也罷，還有越來越小巧的平板機，全世界的電腦不管怎么變化，都跳不出“計算機之父”馮·諾依曼體系結構的掌心——那就是，任何一臺電腦都必須有存儲器、控制器、運算器，否則就干不了活。

在電腦不聯網的單機時代，這樣小而全的結構，保證了每臺電腦的高效運行。但是，由于把軟件和硬件捆綁在一起，人們想讓電腦干活又多又快，就得在電腦里不斷擴大儲存和運算的“倉庫”，好讓各種各樣的軟件“住進來”。特別是軟件的軟件——操作系統，由于掌握了電腦運行的命門，也就常常操控用戶。

這樣下去，盡管每個用戶的電腦越來越高級，管理成本也越來越高，卻依然享受不到所有想要的服務，甚至被大量的無效服務所淹沒。更何況，單機再強也有極限。

隨著互聯網特別是移動互聯網時代的來臨，張堯學向馮·諾依曼締造的經典結構發起了挑戰，向世界倡導“透明計算”，開辟了一個嶄新的研究領域和發展方向。

中國原創的“透明計算”，就是要送你一個貼心的網絡管家。

這個網絡管家能幫你省錢，幫你殺毒打“補丁”，幫你調度程序和數據。你想要什么服務，只需在任何一臺近乎裸機的上網設備中輸入一個他能聽懂的暗號，就能唾手可得。你不需要服務了，告訴管家一聲，程序和數據就立馬從上網設備中消失，回到“透明計算”服務器。換句話說，是你輕松搞定電腦，而不是被電腦擺弄。

如今，在中南大學“透明計算”實驗室里，還有一些好玩的事。

打開一臺電腦，建立一個新文檔，保存到遠端的“透明計算”服務器后關機。然后，打開實驗室另外一臺電腦，輸入唯一的個人賬號登錄到“透明計算”服務器，輕而易舉就找到了之前的信息文檔，繼續操作。

揣著一個裝有“透明計算”軟件的U盤，插入任何一臺電腦，連接到自己的“透明計算”服務器上，下載自己的操作系統，就能將任何一臺計算機變成自己的那臺電腦。

比如，電視機里播放的連續劇很吸引人，可這時必須出門。打開手機輸入唯一的個人賬號登錄到“透明計算”服務器，就能在路上接著往下看了。到了房間，打開電腦登錄到“透明計算”服務器，又能接著往下看。

“還有就是我們的數字家電，現在的DVD、數字電視機、卡拉OK等都是分開的，線多得分不清是哪個的。運用‘透明計算’，將來可以只用一個設備就能提供多種服務，比如說電視機可以做計算，可以做點播，可以做卡拉OK等。在今后的智能化居家生活中，我們還能夠依靠一個遙控器實現對家里所有電器的跨平臺管理。在可穿戴設備上，‘透明計算’也能做好多事情。比如，老板戴上一只裝有CPU的手表，就能和員工的電腦接上頭，想找哪位員工就讓他的電腦發出振動。”張堯學院士解釋。

預計到2015年4月，中南大學“透明計算”實驗室將拿出“透明平板機”和“透明手機”的設計方案。如果產業化順利，大家不久就能買到便宜、好用又安全的“透明終端”了。

“‘透明計算’會是一個巨大的產業，有可能成為世界上最好的計算模式。”張堯學院士覺得自己很幸運。從1991年起，他先后任職于清華大學、教育部、中南大學等單位，透明計算的研究歷經了20多年。對于這次獲獎，他說，自己運氣很好。

張堯學團隊率先提出的“透明計算”，被國外同行稱為是一種“先于云計算、包含云計算”的網絡計算模式。

從計算機誕生起，“馮·諾伊曼結構”就“一統天下”。由此帶來的問題，例如網絡安全性低，存在病毒、后門、監控；操作系統、芯片、中間件構成的產業鏈也受制于人；用戶很難在同一電腦終端上實現跨平臺操作。

手機不斷更新換代，個人電腦、平板電腦同樣推陳出新，一個軟件被破壞了，安裝起來麻煩。計算機都是廠商安排好的，買手機、PC機，軟件也都是廠商搭配好的。這些費錢又費事。

張堯學說，“透明計算”針對的就是上述問題。他們希望通過這種方法，使用戶有權利選擇不同的軟件和服務。

“透明計算”打破了這樣的束縛，在一個特有的超級操作系統（METAOS）中，“我們的想法是，前端放的只是一個虛擬的、看得見的圖標，軟件或數據跟你的機器分開了，放到網上去了。”張堯學說，從這個意義上來講，“透明計算”跟云計算有一定的相似。

張堯學說，“透明計算”是一種支持服務共享的網絡計算模式，它實現了運算和存儲的分離。

“透明計算”包含兩大部分。一是面向用戶、面向服務的，只做提供服務的運算；二是支援或者操作系統，這部分放在服務器上，用戶可通過網絡獲取。

這就意味著，通過“透明計算”，我們現在用的手機和電腦里的那些軟件和操作系統，都能放到網上去，計算機將變得“又輕又瘦”。

“此時，服務器不僅存儲資源，還存儲操作系統。”張堯學說，用戶拿在手上的終端就相當于裸機，只做需要的服務運算，相比現在的手機或者電腦，這個“裸機”要小很多，也要簡單很多。

張堯學說，把資源和操作系統放到網上后，用戶怎么獲得，就需要用戶自己去選擇。到底是選喜歡的系統，或者是國產系統，都是用戶自己的事情。

在“透明計算”的世界里，用戶使用計算機就像使用iPad一樣，通過網絡獲取想要的服務，在享受完服務之后，就可以再把它扔掉，再獲取新的服務。

相關人士在中南大學與英特爾建立的透明計算聯合實驗室體驗到兩個場景。

第一個場景叫流式健康測量。

張堯學介紹，中南大學所屬的湘雅醫院，通過采集門診、住院、手術的數據，將其電子化，數據系統不僅包含了患者的基本信息，還有他們身體健康方面的一系列數據。

有了這些基本信息之后，如果患者身體有一些小毛病，可以通過手機終端連接大數據提示自己診斷。有了這些實時的數據，再加上湘雅臨床大數據系統里保存的患者病歷資料，患者在家里也能獲得醫生的服務。

比如，我的私人醫生在湘雅醫院，想了解我的血壓、血氧。我在家里可以這樣做：在自己手機上安裝METAOS-通過網絡從服務器上加載血壓等的測量軟件到手機-測量-數據上傳到服務器-推送到醫生手機。

湘雅醫院目前已實現移動終端健康信息的采集和傳輸，手機領取體檢報告，智能慢性病隨訪和監測管理等。中南大學啟動建設的湘雅臨床大數據系統就是“透明計算”的一項應用。

第二個場景是跨越操作系統、不同智能終端的運行。

比如，我是一名工程師。我的單位電腦、手機和家庭電腦，操作系統不同，但都安裝了METAOS。我可以在不同地點用這三個終端工作，無需拷到盤里或存到郵箱。

“透明計算”的秘訣有三：METAOS拓展了傳統的馮·諾伊曼結構，可以像司令員一樣兼容、調動、管理不同的操作系統；計算與存儲分離，數據存儲在服務器上，計算在移動終端上；軟件和硬件分離。當然，這需要良好的網絡環境。

“因為這兩個部分分離了，移動終端可以非常輕小便攜。應用軟件像水一樣，用時加載，不用時‘流走’。最重要的是安全，METAOS會有一個你的專署密碼，別人獲取不了你的任何信息。”張堯學說。

“中國原創的技術非常少，但‘透明計算’就是原創的，并且跨越其他操作系統，具有顛覆性，已具備了大規模推廣的可能性。”英特爾亞太研發有限公司平臺軟件架構部總監盧炬評價說。目前，騰訊已成功將該成果應用于手機定位和微信。（來源：《瀟湘晨報》 責任編輯/余風）

“天河一號”高效能計算機系統獲國家科技進步獎特等獎

“天河一號”的研制成功，實現了我國自主研制超級計算機能力從百萬億次到千萬億次的跨越，使我國成為繼美國之后，世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機系統的國家。

“天河一號”在國際上首創了“CPU+GPU”相結合的異構融合計算體系結構，部分采用了自主研制的“飛騰-1000”芯片，在體系結構、互連通信、并行操作系統和高性能微處理器等多個領域實現了一系列關鍵技術突破，具有高性能、高能效、高安全和易使用等顯著特點。

“天河一號”研制成功后，迅速在國家超級計算天津中心、長沙中心和廣州中心投入運行，天津超算中心與有關部門合作，在“天河一號”上構建的霧霾預警業務系統，已形成了72小時霧霾預警預報能力。

如今，“天河一號”的“融合式創新樣本”已成功復制，“天河二號”目前已先后為國內外220多家用戶提供了高性能計算和云計算服務，為近百個國家重大科技項目、國際合作項目提供了高性能計算支持。（來源：本刊資料室）