理論結合應用 堅持成就夢想
——記歐洲信息與數(shù)學研究會ERCIM Alain Bensoussan學者、西安交通大學計算機系副系主任胡成臣

本刊記者　杜月嬌

理論結合應用 堅持成就夢想
——記歐洲信息與數(shù)學研究會ERCIM Alain Bensoussan學者、西安交通大學計算機系副系主任胡成臣

本刊記者杜月嬌

在SDN與開放網(wǎng)絡高峰會議上發(fā)言

1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC在美國賓夕法尼亞大學誕生；1969年，美國高級研究計劃署組織研制出第一個遠程計算機網(wǎng)絡ARPANET。網(wǎng)絡的出現(xiàn)比計算機整整晚了23年。然而，在此后的近半個世紀里，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了超乎想象的高速發(fā)展，從寬帶網(wǎng)絡走進千家萬戶到移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃興起，再到如今的“互聯(lián)網(wǎng)+”，網(wǎng)絡所扮演的角色愈發(fā)不可替代。伴著時代的凱歌，胡成臣正一步步成長為計算機網(wǎng)絡通信系統(tǒng)領域的青年翹楚。

初出茅廬，參與研發(fā)我國首枚網(wǎng)絡處理器

1999年，胡成臣18歲，夢想著成為建筑師，由于高考的機緣巧合讓他進入西北工業(yè)大學自動化系學習，開始接觸IT領域的知識?！按髮W生活很豐富，那么多的社團，那么多的新鮮知識，原來自己有如此多不知道的東西”，于是他開始穿插于學習、競賽、社會工作和文體活動之間，盡管辛苦但是無比充實。后來，面臨專業(yè)分流，對計算機網(wǎng)絡感興趣的胡成臣最終選擇了“網(wǎng)絡安全”這個新專業(yè)。畢業(yè)那年，全國有7個本科畢業(yè)生從外校保送至清華大學本部計算機系直接攻讀博士學位，胡成臣的名字赫然出現(xiàn)在了名單之上。

博士期間，胡成臣的研究是一番別開的景象。在導師劉斌教授的帶領下，他有幸作為第4完成人參與了中國首枚網(wǎng)絡處理器芯片原型的設計研發(fā)工作?！澳鞘菑?003年開始，當時有二三十人參與了研發(fā)，我作為兩個學生組長之一往前推進了相當部分的工作”。什么是網(wǎng)絡處理器？根據(jù)國際網(wǎng)絡處理器會議的定義：網(wǎng)絡處理器是一種可編程器件，它特定的應用于通信領域的各種任務，比如包處理、協(xié)議分析、路由查找、聲音/數(shù)據(jù)的匯聚、防火墻、QoS等?！熬W(wǎng)絡處理器之于網(wǎng)絡設備，相當于CPU之于計算機”，胡成臣解釋道。

在此之前，國內(nèi)還從未有過網(wǎng)絡處理器，“我們之前有網(wǎng)絡大型設備系統(tǒng)的設計研發(fā)經(jīng)驗，就想能不能在網(wǎng)絡處理器上有所突破？”在前輩積累的基礎上，胡成臣在團隊里刻苦鉆研，終于堅持到了成功。2015年年底，我國首枚網(wǎng)絡處理器芯片原型亮相于眾。它的問世無疑具有跨時代的意義，因為這是一枚貼有我國自主研發(fā)標簽的網(wǎng)絡處理器，其鑒定意見為“整體技術國內(nèi)領先，部分關鍵技術居于國際先進水平”。

入木三分，自主設計軟件定義網(wǎng)絡

胡成臣的工作經(jīng)歷就像他腦海中的各種想法一樣豐富而多彩。他先后在上海高智科技公司、Intel中國研究院實習，后又赴美國西北大學做訪問學者。2008年，見識過外面世界精彩的胡成臣回到清華取得博士學位，并榮獲了清華大學優(yōu)秀博士畢業(yè)生稱號和優(yōu)秀博士論文。畢業(yè)后，他先在清華大學任助理研究員，后在2010年平安夜加入了西安交通大學，此后他又入選微軟Star-track學者和歐洲信息與數(shù)學研究會ERCIM Alain Bensoussan學者，在微軟亞洲研究院和挪威科技大學分別進行了半年和1年的學術訪問。

幾段經(jīng)歷下來，胡成臣的收獲頗多，其中最直接的便是影響了他此后的研究思路?！安还庾隼碚?，我還希望能夠實現(xiàn)應用，若理論真能反饋到生活，促進生產(chǎn)力發(fā)展，就會更有成就感?！焙沙嫉难芯靠梢哉f是結合了理論和應用兩個方面，他常常會從應用中找問題，發(fā)現(xiàn)一些亟待解決的瓶頸技術點，再從理論上尋求突破，從而解決問題。然而，這絕不僅是簡單的紙上談兵，“最關鍵的是最后要建立出一個真正的系統(tǒng)?！?/p>

全可編程軟件定義網(wǎng)絡交換機（ONetSwitch）就是胡成臣在該思想驅動下取得的一項重大突破。后來，他所在的西安交通大學團隊作為包括斯坦福大學、伯克利大學、麻省理工學院在內(nèi)的11所院校團隊之一，受邀在Xilinx 30周年慶典上展現(xiàn)ONetSwitch的研究成果。

說起軟件定義網(wǎng)絡的研發(fā)背景，還要追溯到計算機剛剛投入商業(yè)使用的時期。胡成臣講述了一個有趣的現(xiàn)象，“那時如果銀行需要做數(shù)據(jù)庫應用，IBM就會賣給他一臺機器，做web應用，又會賣一臺機器，也就是說每做一個應用就會賣一臺機器，這在現(xiàn)在看來，是件很可笑的事情，因為只需要一臺計算機，裝若干軟件不就可以了？”

然而，網(wǎng)絡就和幾十年的計算機一樣，組成網(wǎng)絡的路由器、交換機、防火墻等都是一個個封閉的設備，因此“在設備上做功能的改造是不可能的”。于是，斯坦福大學在2006年最早提出了“軟件定義網(wǎng)絡”概念。簡單來說，如果將網(wǎng)絡中所有的網(wǎng)絡設備視為被管理的資源，那么參考操作系統(tǒng)的原理，可以抽象出一個網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的概念。基于網(wǎng)絡操作系統(tǒng)平臺，用戶可以開發(fā)各種應用程序，通過軟件來定義邏輯上的網(wǎng)絡拓撲，以滿足對網(wǎng)絡資源的不同需求，而無需關心底層網(wǎng)絡的物理拓撲結構。

2011年起，胡成臣帶領團隊開始對軟件定義網(wǎng)絡展開攻關，功夫不負有心人，他們最終設計并完成原型實現(xiàn)的軟件定義網(wǎng)絡交換機——ONetSwitch?！斑@是我們自主研發(fā)的交換機原型，軟件和硬件都開發(fā)出來了，現(xiàn)在供應給學術界和工業(yè)界的研究所使用，他們可以基于我們這套設備設計新網(wǎng)絡、驗證新功能”，話語間胡成臣洋溢起欣慰的笑容。更為自豪的是，斯坦福大學所提出的軟件定義網(wǎng)絡只是在控制器以上的層次上進行了開放，而胡成臣所構建的系統(tǒng)則在交換機的數(shù)據(jù)平面上也做了開放。

ONetSwitch目前已在美國的kickstarter上眾籌成功。在其設計開源后，由于其高度靈活性，得到了國際上多個大學和研究機構的關注，推出不到兩年的時間就在美國、歐洲和中國部署了400多臺，可幫助高校和研究所快速地驗證網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計。目前ONetSwitch的使用單位包括美國西北大學、德國慕尼黑工業(yè)大學、清華大學、華為2012實驗和國家電網(wǎng)等?！拔磥?，我們計劃將ONetSwitch驗證平臺做到云端，并把不同國家和單位的設備互聯(lián)共通起來，建立起一個全球范圍內(nèi)的實驗性網(wǎng)絡”，胡成臣沒有止步于眼前的成功，而是希望將ONetSwitch再向前推進一步，想法正在構思中。

Xilinx高級總監(jiān)Patrick Lysaght在“世界級”項目OpenHW13中發(fā)言提到ONetSwitch

任重道遠，未來路在腳下

2016年，是胡成臣加盟西安交通大學第6個年頭了。他和夫人都來自江南，可他卻拒絕了清華大學和家鄉(xiāng)杭州浙江大學的offer，最終選擇西行陜西，胡成臣的理由很簡單，“年輕的時候選擇做些事情”。在西交大，他依托于計算機系統(tǒng)結構與網(wǎng)絡研究所和智能網(wǎng)絡與網(wǎng)絡安全教育部重點實驗室展開工作，那里有他需要的先進設備，更重要的是學校為年輕人提供了寬松的科研環(huán)境，“西交大的科研環(huán)境非常好，有很大的自主權可以選擇自己研究的方向”。多年來，他承擔和參與國家級重點項目多項，累計發(fā)表或錄用論文70余篇，入選教育部“新世紀人才計劃”，獲HotData 2014最佳論文獎、2014中國互聯(lián)網(wǎng)學術年會優(yōu)秀論文獎等多個獎項。

目前，胡成臣的研究主要聚焦在軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡流量大數(shù)據(jù)實時分析。“以前的大數(shù)據(jù)處理模型和框架是針對離線的數(shù)據(jù)進行分析處理，我們現(xiàn)在提出了一個在線處理框架”，2016年1月份，《IEEE Networks》對他們已取得的研究成果做了相關介紹。

曾經(jīng)有數(shù)份來自企業(yè)待遇相當優(yōu)厚的工作機會擺在胡成臣的面前，他也曾心動，但想想自己的理想，還是選擇了繼續(xù)堅持做下去，“做科研最重要的一點是堅持，不僅要耐得住寂寞，還得經(jīng)得起誘惑；其次還要打開眼界，站在一個國際的視角做研究，注重和國際、國內(nèi)同行的交流，不能整天在實驗室里閉門造車和應付考核指標”。胡成臣很清楚未來該走向何方，也看到腳下實實在在的路，他會堅定不移的一直走下去，志在創(chuàng)造出更多具有國際影響的新成果。