提到云计算，大多数人并不陌生。但相较于这个“舶来品”，地地道道的“中国货”——透明计算却鲜为人知。

事实上，“透明计算”这个概念在国际上早已声名赫赫：英特尔公司现任总裁詹瑞妮就曾在2012年的英特尔全球信息技术峰会（IDF）上评价它“代表了下一个计算时代”。要知道，此前10年的IDF历史上，英特尔从未如此高调地评价过一项“非英特尔”原创的技术。

此外，200多家国际技术媒体进行报道、40多家国内外大学和研究机构进行跟踪研究，就连国际上第一本云计算杂志《云计算国际杂志》也首次为“透明计算”出版专辑。

今天，这个“中国货”再次引起关注——我国自然科学领域的最高奖颁给了清华大学张尧学院士率领的研究团队，他们凭借“网络计算的模式及基础理论研究”获得2014年度国家自然科学奖一等奖。

在如今IT界无“云”不欢的影响下，很多人会以为“透明计算”是类似于“云计算”的一种计算方式。其实不然，被称为“先于云计算、包含云计算”的“透明计算”概念提出比“云计算”早得多。

从1998年率领研究团队开始从事透明计算系统和理论的研究，直到2004年，张尧学才正式提出了这一概念。在他的描述中，“透明计算”的核心是将存储与运算分离、将软件与终端分离，通过有缓存的“流”式运算，将计算还原为“不知不觉、用户可控”的个性化服务。

简单来说，在这种计算模式下，用户在使用计算机系统时，不必考虑操作系统、中间件和应用程序，而是可以根据自己的需求，随时随地通过网络在自己的终端设备上选择和使用相关服务。

张尧学认为，“透明计算”之所以吸引人就在于跨操作系统和硬件设备，不受到地理位置限制的同时，其数据将更加安全。

他用了一个形象的比喻来解释。如果把计算机当作一位旅客，“运算”当作衣服，外出旅行时，旅客就要将所有需要的衣服装进相当于计算机存储器的“旅行箱”里。可常让人为难的是：随着所需衣服数量的增多，旅行箱会越来越重。

此时，如果出现一位“旅行助理”，每当需要时他便把合适的衣服送来，这样，旅客就可以“甩掉”沉重的旅行箱了。

而“透明计算机”就相当于这个没有负重的旅客。也就是说，未来，你的手机、电脑等终端将成为真正的“裸机”，相当于一个界面，而操作系统和服务都将被加载在服务器上。

这也意味着，在这种模式下，操作系统被视为一种网络资源从终端“剥离”，计算机的“大脑”被推送到了“云端”。

不仅如此，根据“透明计算”而研发的“超级操作系统”还实现了同一终端上的跨平台操作：这使得任何一台电脑都可以既使用Windows系统，也可以使用其他系统；任何一台手机既可以使用安卓系统也可以使用苹果系统。

张尧学把这个超级操作系统比喻为“管理操作系统的操作系统”。他笑言：“九龙治水，我不当第十条龙，而要当管龙的‘龙王’。”

有人担心，这样一个“霸气十足”的超级操作系统如何才能占领国际市场，“分一块蛋糕”？

张尧学却认为，“超级操作系统”不仅没有切蛋糕，反而是在增加蛋糕，它本质上是实现大家和谐共处，一起解决未来发展方向上的问题。

他解释：“完全重构产业链的想法是不一定站得住脚的，这相当于要去替代人家、要去打架。但如果是在产业链上占据话语权，哪怕一两个点，那就能拉动我们产业大发展。”

这样一种“不破坏、不反对、不消灭原来体系”的模式，被认为改变了我国操作系统一贯采取的“替代策略”，从根本上改变了我国国家网络安全和操作系统技术长期受制于人的局面，“它会派生出很多新的终端来，从而改变商业模式和软件的使用模式。”张尧学说。

张尧学院士：透明计算是扩展冯·诺依曼结构 并非颠覆或替代

　（ 操秀英）
　　

　　获得国家自然科学奖一等奖，将张尧学院士及其研究团队带到舆论的风口浪尖。面对质疑，张尧学近日接受独家专访——

“这么长时间没有给公众回应，造成大家误解，非常抱歉。我之所以沉默就是考虑到知识产权和商业机密。”张尧学院士希望通过科技日报表达他的歉意。

　　获得国家自然科学奖一等奖，将张尧学及其研究团队带到舆论的风口浪尖。

　　其获奖项目“网络计算的模式及基础理论研究”被通俗称为“透明计算”。据报道，这项研究主要在三个方面取得突破：研制了超级操作系统（Meta OS）、实现了计算与存储分离、实现了软硬件分离。

　　“我已经把我原型成果的视频公布在网上，大家可以观看（http://v.qq.com/page/h/v/q/h0145ebh1vq.html），也可以在我的主页上观看，技术人员可以通过这些视频去深入了解。”他说。

　　围绕这一理论和技术的讨论持续至今。计算与存储分离很早就能实现了，网吧就是这么干的；这个概念不就是甲骨文等公司20年前提出的NC（网络计算机）吗？“透明计算”的概念乍听起来与云计算似乎无异，它到底有哪些独特之处呢？冯·诺依曼结构被颠覆了吗？Intel的透明计算和张尧学的透明计算是一回事吗？一个长期担任行政职务的人怎么会有时间做科研？张尧学近日接受科技日报独家专访，在获奖后首次详细介绍“透明计算”以及研究过程。

　　“透明计算”与“云计算”

　　“关于透明计算与云计算的不同，我在申报材料、几次答辩和多个场合讲了很多次。”张尧学说，第一，云计算是由厂商通过服务器端的架构提供计算资源的服务，用户终端仅仅作为服务的接收端而存在，而透明计算主要关注用户端。用户需要服务时，就从服务器端将需要的软件或数据通过块或页的方式碎片化调用并主要在终端完成计算，而且终端可以装或不装任何数据、软件包括操作系统；第二，云计算主要解决数据的海量存放和使用问题，对软件的云化、特别是操作系统的云化没有提出好的解决方案，而透明计算则较好地解决了这个问题；第三，透明计算还包括了云计算不具备的全过程管理、带宽与缓冲管理等功能；第四，由于云计算的重点不在终端的使用情况上，因而其在终端安全性上没有突破，而透明计算在终端安全性上有很好的考虑。

　　“透明计算的实现可以在多个层面，例如在硬件层之上、在中间件层或在应用层。”在张尧学看来，透明计算概念的提出应该早于云计算。

　　“云计算大概是从2008年左右被国内熟知，而我们最早做‘透明计算’相关研究是1998年，但当时我们没有称它为这个名字，这个名字是2003年左右微软亚洲研究院的一位领导在参观我的实验室时给起的。”他说。

　　发端于索普卡的“透明计算”

　　“1998年，一台电脑的售价上万元，升级换代太快，而且病毒很多，我的想法是能不能让电脑变得更简单、更便宜、更安全和跨平台。”张尧学说，他在开发网络计算机的基础上，尝试把操作系统从原本已十分精简的终端上去掉，提出了没有操作系统的计算模式，并着手开发终端系统。

　　网络计算机的概念20年前就已提出。张尧学说，但甲骨文等公司的网络计算机用的并不好。“Sun公司还给我们送过一套Sunray系统，一台服务器加40个终端，价格要100万多元人民币，我记得每个终端要1000多美元。虽然是赠送，但不好用，当时也只能用一个操作系统。我就考虑能不能用一种更好的方式，管理网络资源，使得计算机终端更好用、更安全，而且能兼容不同操作系统。”

　　张尧学说，最初的研究从无盘站开始，但逐渐发现无盘站有很多局限，如只能识别一个操作系统，速度慢，执行上受用户数、对病毒防护差等的限制。“不过无盘站提供了PXE（预启动执行环境）协议，我们就在这个基础上做扩展。”

　　几年后，张尧学的团队做出索普卡电脑。据称，这套系统相当于用一台当时的家用PC，可以带动30个终端，而且可以上多个操作系统。 “索普卡电脑的‘瘦’体现在：它本身是台裸机，没有任何软件，计算机运行所需的操作系统软件和应用软件都能从服务器下载得到。” 一篇题为《索普卡：中国PC“瘦身”之道》的报道这样写道。

　　张尧学说，索普卡有两项专利，还转让给了联想等公司。索普卡当时在贵州、云南等偏僻地区及部分边境部队和企业应用情况良好，2003年获得教育部科技进步一等奖以及2004年度的国家技术发明奖二等奖。

　　“但是我觉得大学里的科研人员的主要任务应该还是从理论和研究上取得突破，而不是做产品。做产业需要融资、销售和生产等专业团队，这不是我的强项，何况我还在教育部任职。所以我就开始想把索普卡往移动网络、广域网方向推，从理论上思考怎样才能在网络环境下使计算机的使用更加安全和简单。”张尧学说，他从2004年开始这方面的理论研究。

　　张尧学于1999年至2011年任职教育部，但他告诉记者：“我在调到教育部之前已和时任教育的主管领导谈好，要继续在清华大学做科研。这位领导和清华大学都是同意的。因此，我出差很少，而且晚上和休息日基本都在实验室，这一点，我想清华大学的同事们都可以证明。”

　　与英特尔的合作

　　张尧学认为自己长期教授操作系统课程，以及从事协议的研究，对底层协议很熟悉。“操作系统两个最核心的内容是中断和调度，而这两个机制都是只针对单机，我就想能不能在底层硬件之上有个中间层，将操作系统和应用在内的软件从网络上加载到这个中间层上运行，并实现不同软件（包括操作系统及应用）的按需选择和按需调度，从而让不同的硬件和不同的软件系统连接。但这是一个黑匣子，需要反汇编。当时学生们做得很辛苦，后来好歹做成了，但效果不是太理想。这一是由于带宽，二是每个操作系统都要对底层反汇编，很难。”张尧学说。

　　他表示，与英特尔的合作为该技术的更广泛应用起了很大作用。英特尔致力推广新一代BIOS及其接口标准，即EFI（可扩展固件接口），目前90%的新生产个人电脑已经采用了 EFI及其后的UEFI（统一可扩展固件接口）技术。“用EFI技术来实现透明计算，既支持多操作系统的选择和执行，又很大程度缓解了原来难以在不同硬件平台上运行的问题。”

　　谈到与英特尔的合作，张尧学说，英特尔在2005年参观了他的实验室并初步接触后，双方于2007年2月签署合作协议后长期合作“至今，我们共签有3个合作协议，Intel公司完全承认我们的知识产权。由于商业协议的条款，我不能透露太多的合作细节。但INTEL美国总部软件与服务部平台技术中心总经理MichaelA.Greene在2013年4月英特尔信息峰会期间有个主题演讲‘透明计算时代’，其中第7、第8、第9页是关于我们合作的描述。这篇讲演的PPT，就挂在我的清华大学主页下（http://media.cs.tsinghua.edu.cn/zyx/）。”

　　“我们的目标是将底层软件做成通用软件、扩展EFI，成为国际标准。而中层和高层的透明计算实现则正在进一步研究。我认为，HTML5是实现透明计算的一种技术手段。可能理解的不对，供大家批评。”张尧学说，“至于Intel的透明计算与我提出的透明计算有什么关系？建议大家采访Intel。我在这方面有充足的证据回答大家的质疑。”

　　他表示，目前英特尔已经在台式机、笔记本、上网本、移动互联网设备、平板电脑和智能手机等多个平台上实现了透明计算，包括上海交通大学在内的单位都已使用了英特尔的台式机透明计算系统。而不少大学则购买了由清华专利转让的台式机系统。“清华大学、中南大学和清华的毕业生还基于透明计算思想，研制成功了用手机远程使用多种操作系统和应用的手机透明计算系统等新的系统原型。这次基本上都已公开，我们的知识产权有可能会受到损失。”

　　与网络计算机等技术的区别

　　总结与网络计算机、远程+VPN+PNS 等技术的区别，张尧学说，“透明计算”的最大突破是提出并部分实现了使终端如何变小以及无缝连接（跨硬件和软件平台）的思想和方法。按照此方法，研制了一个分布式超级操作系统MetaOS。它不仅包括远程启动协议MRBP（I, II）、网络服务访问协议NSAP，还包括可以管理调度不同的操作系统和网络带宽等资源的I/O man以及一个轻量化的网络协议栈等，并可沿使用路径监控网络上的使用情况。他透露，最近某央企控股公司也在国家重大专项支持下基于他们的原理和早期版本研制成功了MetaOS的新版本，并有重大应用。

　　一个理想的MetaOS能跟踪和记录来自于不同用户的访问、解决从端系统到服务器之间的各点资源的监控和管理，例如沿途的带宽、缓存等。“以前的计算机是由操作系统来调度各种软件的，但如何以碎片方式调动不同的操作系统，我没听说别人做过。”张尧学说。

　　产业化前景可期

　　“很多人说我们提出的计算与存储分离早就有了，我也做了十几年了，而且我们有专利。”张尧学说，“而且我们的技术可以让用户根据需要调用资源，指令是碎片化进入终端的，不是操作系统和应用程序全部，这样可以极大简化终端，带宽并不是主要问题”。

　　他解释道，简单说来，MetaOS分为客户端和后端软件两部分。如果用户指定某台电脑为储存数据的后端，就安装后端软件，而他要用到的其他电脑、手机及可穿戴设备则需安装一个客户端软件。如此一来，他打开任何一个终端都能随意调用后端的程序和数据。清华和中南大学的透明计算研究团队则做出了更多的新产品原型，包括定制应用和不同操作系统的透明手机。

　　他介绍道，致力于将透明计算技术产业化的工作开展，在可穿戴设备、智慧家庭、医疗和教育大数据等方面都会有巨大的应用前景。例如，今后出国不用带笔记本电脑，远在非洲就可以存取和操作在北京计算机中的资源；医生在手机上可以使用专业软件调出并分析如核磁共振影像等各种医疗数据， 等等。

屏蔽此推广内容　　关于论文及冯·诺依曼结构

　　“我在日本读书时，在IEEE上已发了3篇论文。如果继续跟着热点走，也可能继续发不少论文。但没跟别人做，头些年发文章很难，发的文章引用率也低”，他解释道：“但是这几年好多了。去年我们在计算机领域的顶级刊物和会议如《IEEE计算机会刊》上发表了4篇，2015年又接受了一篇。《IEEE计算机会刊》还要为透明计算出一册专刊，我是客座编辑，目前已收到30篇论文，正在审稿中。这是IEEE计算机会刊第一次为中国人提出的概念出专刊”。

　　“我从来没有说过颠覆或替代之类的话。我们一直说的是扩展冯·诺依曼结构，由单机到网络，我在国际学术会议上这么讲，在美国的几个大学作学术报告时也这么讲，2007年评工程院院士时也是这么讲的。如果错了，那就是我的错误。”他最后说道，“计算机领域有许多我不懂的东西，我的认识有许多局限性，也会经常犯错误，但我愿意学习和接受批评。”

透明计算：能否让中国信息技术“弯道超车”？

（彭训文）

透明计算原理示意图 1

透明计算原理示意图 2

　　如今，当台式电脑、笔记本、PAD、智能手机等设备成为人们生活中的常用装备时，你是否也长期为一些问题苦恼：比如智能手机里软件图标排了好几个页面，各种程序都要定期更新和维护，还占用大量内存，导致你的手机慢得像蜗牛；比如经常搞不清自己的资料到底存在哪个设备里，只能在本就杂乱的存储库里疯狂翻找；比如伴随苹果公司承认iPhone可窃取用户信息、12306网站用户信息大规模泄露这样的新闻不断曝光，你开始时时担心自己的隐私数据有一天会不会也被人窃取；再比如一个信息技术发展滞后的国家如何维护自身的信息安全……

　　所有这些苦恼，随着一个名为“透明计算”的基础研究课题在本月上旬荣获2014年度国家自然科学奖一等奖而迎来解决的曙光。这项由我国科学家耗时20余年提出、定义、设计并实现的计算机领域的原创成果，创造了我国计算机领域的多项第一。

　　随之而来的话题演变为，透明计算能否让我国的信息技术借此实现后发赶超、“弯道超车”？这其中有争议，更有期许。

　　

　　①为什么会出现透明计算？

　　人类实现的每一次重大变革，都是为了解决现实的困境。要理解什么是透明计算，我们首先应该先了解它出现的现实原因。

　　计算机自出现以来，以美国的冯·诺依曼教授为代表的科学家们设计的编码程序占据主流，这些关于计算机的基础理论被统一命名为冯·诺依曼结构，并一直沿用至今。

　　随着信息技术的不断发展，这一经典结构的问题也不断暴露：比如网络安全性低、难以抵挡病毒侵入，存在后门、监控；操作系统、芯片、中间件构成的产业链受制于人；用户很难在同一电脑终端上实现跨平台操作。手机、个人电脑、平板电脑不断更新换代，软件也都是厂商搭配好的，一个软件被破坏了，安装起来麻烦——总之是费钱又费事。

　　有没有一种方法，让用户不必再为这些操作系统、中间件和应用程序闹心，而是根据个性化需求，自行低廉地选择相关服务。简单地说，用户不用知道这些程序和服务是怎么来的，只需要得到自己想要的服务就行。

　　对此，透明计算的发明者，清华大学教授、中南大学校长、中国工程院院士张尧学打了这样一个比喻。如果把计算机比作一个旅客，“运算”就是这个旅客要穿的衣服，外出旅行当然要带很多衣服，按照冯·诺依曼结构，这些衣服会通通被装进一个叫计算机存储器的“旅行箱”里。尴尬的是，这名旅客心思越来越花哨，要穿的衣服不断增多，自然，旅行箱变得越来越重。

　　那么问题来了，假如这名任性的旅客既要穿这些衣服又不愿意带旅行箱，这怎么办呢？“透明计算”的出现正充当了这样一位随叫随到的“旅行助理”，它的工作就是在旅客需要时便立刻把合适的衣服送来。作为旅客的计算机、手机等则“甩”掉了存储器这个沉重的旅行箱，而变身为真正的“裸机”，实现从里到外的“瘦身”。

　　②透明计算都让计算机哪里“瘦”了？

　　具体来说，透明计算对计算机的“减肥”作用明显。

　　首先就是成功将“计算机的大脑”——操作系统“减掉”。在透明计算的世界里，通过个人账号登录电脑、手机、PAD等任何终端，都能从指定服务器调用数据和软件，把当前终端变成自己常用的电脑；并且，可以任意安装Windows、Unix、linux等多套操作系统，任何一台手机则既可以使用安卓系统也可以使用苹果系统。同时，这些个人数据都完整保存在服务器里，用时才拿出来。

　　据介绍，只要网络正常，在世界上任何一个地点登陆，都可以感受到同样的上述用户体验，而且不必担心大量的流量使用。

　　要实现这些酷炫的操作，只需要借助张尧学团队开发的一个名叫“meta OS”的超级操作系统。其“超级”之处在于，它是“管理操作系统的操作系统”。张尧学认为，各大信息技术公司依靠自己开发的操作系统，都把着自己那一亩三分地，“九龙治水，我不当第十条龙，而要当管龙的‘龙王’。”

　　这即是透明计算的基本思路——通过网络将存储、计算与管理分离，不仅能像云计算那样把数据和应用软件放在云端，而且把操作系统也放到了云端。中南大学计算机所所长王国军指出，“这破解了人们对电脑、手机性能的无止境追求，推动终端向轻便、低价、安全方向发展，最终方便所有人。”

　　其次，杀毒软件、防火墙基本可以退出历史舞台了。按照张尧学的解释，透明计算理论上已经解决了困扰人们几十年的网络安全问题。其方法是——“釜底抽薪”。这“薪”抽了两次：第一次，透明计算将网络资源存在用户指定的服务器（比如家庭电脑）里，而不是厂商的服务器，这就好比把个人信息从“公共仓库”转到了“私人仓库”了。

　　接下来的问题是，“私人仓库”虽然有杀毒软件来防范操作系统所禁止的“外贼”，但由于操作系统自身存在后门，对于“内贼”，杀毒软件这条“警犬”一筹莫展，因为对这些“警犬”的设定就是——拿钥匙的百分之百是“主人”。运行于CPU和操作系统之间的“meta OS”，它充当的正是仓库外增派的“仓库管理员”，无论任何访客，没有主人亲自通过“猫眼”甄别，它都不会放进仓库。这就是第二次抽“薪”。张尧学预言，“‘透明计算’对我国信息安全的贡献，将超乎人们的想象。”

　　③关于透明计算的争议何以持续发酵？

　　“透明计算将引领下一个计算时代。” 早在2012年9月，在美国举行的英特尔全球信息技术峰会上，时任英特尔副总裁、现任英特尔总裁的詹睿妮这样评价透明计算。国外媒体评论说：“中国人把计算机的大脑推入了云中。”

　　然而在透明计算获奖的消息公布后，这项凝聚着张尧学及其团队多年心血的研究却不断遭到各类质疑。

　　比如，有网友认为，透明计算其实质与云计算虚拟化概念类似，且其评奖公示材料中提到的8篇论文没有发表在主要学术杂志上，因此显得“不够分量”。

　　同时，透明计算得到产业界，尤其是国际IT巨头认可的说法也遭到质疑。有网友认为，英特尔公司所称的透明计算是指透明计算平台，如HTML5（HTML最新的修订版本。HTML指超文本标记语言，它是一种制作万维网页面的标准语言），与张尧学所主导研究的透明计算并不对等。

　　总结来看，质疑焦点主要指向该研究的独创性和创新性。

　　应该说，出现这些质疑是正常的，这说明大家对透明计算这样的新事物的关注度在不断提高。需要指出的是，对于这些质疑，沉默或者逃避解决不了问题。只有人们对透明计算有了充分深入的了解，质疑才会自然消除。

　　事实上，早在1988年，时任清华大学教授的张尧学就开始带领科研团队，探索如何突破网络计算模式。2004年，他正式提出“透明计算”思想，这比云计算提出时间还要早。一般来说，云计算是指通过对各类信息资源的集中使用和共享，为用户提供各类个性化服务，包括海量数据存储、管理、搜索、浏览等。透明计算则实现了由信息共享、资源共享向服务共享的发展，是更广义的云计算模式。

　　当前，各大IT巨头没自己的“云”都不好意思打招呼，但囿于自身利益，各个云平台各自为战，服务有限，且不能兼容共享。这种局面最终受害的还是用户，因为越来越“重”、越来越复杂的软硬件，使各个云平台的安全性、可靠性、功耗、成本得不到保障。

　　作为云计算的更高级模式，透明计算代表着自由、兼容、穿越、跨平台、打破壁垒、共应用、共操作系统。其核心是，根据中央处理器一次只执行一条指令的运算规则，建立起虚拟的网上交换与调度方法，让用户只管轻松、任意调用，而不用考虑兼容、存储、安全等问题。

　　更为重要的意义是，这种以“服务共享”为核心的计算模式，创造了一种第二产业和第三产业融合发展的新模式，代表着我国信息、计算机、互联网、移动通信等领域未来实现产业升级的方向。因为长期以来，我国IT技术的发展，总是停留在“别人做了什么，我们就要做一个替代它”的模式下，其实，这是非常艰苦的策略。面对别人成熟的市场和技术垄断，我们要实现超越，困难可想而知。

　　作为信息技术领域的后发国家，要实现超车，最好的方法是借力打力。按照张尧学的说法，就是“不破坏、不反对、不消灭”原结构，但派生出很多新终端，“如果是在产业链上占据话语权，哪怕一两个点，那就能拉动我们产业大发展。”

　　从这个意义上来说，对于那些暂时还没有实现商业化运用但包涵巨大潜力的基础研究项目，我们是否应该给予一些必要的等待时间呢？