透明計算

網路計算模式之一

透明計算是一種用戶無需感知計算機操作系統、中間件、應用程序和通信網路的具體所在；只需根據自己的需求，通過網路從所使用的各種終端設備（包括固定、移動、以及家庭中的各類終端設備）中選擇並使用相應服務（例如計算、電話、電視、上網和娛樂等）的計算模式。

透明計算系統由終端設備、伺服器和連接終端設備與伺服器的網路組成。理想的透明計算包括三個部分，一個是整合了當前PC、PDA、智能手機、數字家電等輕權設備的透明客戶端；一個是整合當前各種網路設備與互聯設備的透明網路；最後一個是整合了大量計算能力較強或者很強的普通個人微機、伺服器、大型機等的透明伺服器。從總體上看，透明計算構建在一個更加廣泛的物理設備之上，運行環境更加靈活。

在透明計算平台下，我們把透明計算系統中所使用的終端設備稱為透明客戶機或透明客戶端，把其中的伺服器稱為透明伺服器，並把連接終端設備和伺服器的網路系統稱為透明網路。

透明客戶機可以是沒有安裝任何軟體的裸機，也可以是裝有部分核心軟體平台的輕巧性終端。

透明伺服器是帶有外部存儲器的計算裝置，例如PC機、PC級伺服器、高檔伺服器、小型機等。透明伺服器存儲用戶需要的各種軟體和信息資源，同時還要完成透明計算系統的管理與協調，例如各種不同操作系統核心代碼的調度、分配與傳輸，各種不同軟體服務往透明客戶機上的調度、分配與傳輸等過程的管理。

1解決問題 2發展前景 3發展趨勢

4中國發展

解決問題

透明客戶端與伺服器之間的連接由透明網路完成。透明網路是指一種在常用的區域網或廣域網基礎上增加了特定通信協議的網路系統。這種網路系統可以基於乙太網、CATV、802.11、IEEE 1394等傳輸系統，甚至是基於3G、4G的通信網路。

透明計算要解決的問題也是普適計算要解決的一些問題，同時，也是當前雲計算平台構建的應用服務對象。具體說來這些問題如下：

1、服務模式的轉變。目計算機服務模式是由軟硬體廠商設計好后統一提供給用戶進行使用，用戶能夠在有限的範圍內進行一些定製工作。這是一種以廠商為中心的服務模式。用戶不能自由跨平台選擇各種應用，更不能完全實現個性化的使用模式。透明計算，要實現以用戶為中心的服務模式，恢復用戶的主導地位。用戶可以通過各種平台自由選擇和使用各種軟體服務，實現軟體即服務(SaaS，Software as a Service)。

2、各種操作系統的和諧共處和普遍訪問。在透明計算系統中，要支持各種操作系統和應用能夠在同一硬體平台上和諧共處(運行)。這也是虛擬機(Virtual Machine)技術試圖要解決的問題。其次，在透明計算系統中，還要能夠實現各種操作系統和應用的跨平台普遍訪問，即支持在不同的硬體平台上能夠訪問到用戶定製的同一操作系統和應用環境。

3、技術的開放性。技術開放也是為了解決各種操作系統的和諧共處問題。要解決這個問題，就需要發展和制定一種硬體和軟體之間的標準介面與交互協議，屏蔽底層硬體和上層軟體的異構性和差異性，從而使得不同廠商的操作系統和應用軟體都能集成並運行在一個統一的標準平台之上。SOA (Service-Oriented Architecture)架構就是實現技術開放性，從而使得不同廠商開發的軟體服務能夠進行跨平台集成的一種有效方式。

4、技術的透明性。技術透明則著眼於使用的方便性。主要有兩個方面的含義：一個是指對用戶透明，即用戶不用關心和了解技術的各種細節，只需關心其使用，並保持過去的使用體驗；二是對運行在透明計算平台上的各種操作系統和應用透明，即各種操作系統和應用軟體不用關心和考慮透明計算平台的各種技術。各種操作系統和應用軟體不需進行任何修改或者很少修改就可以直接運行在該平台上。對操作系統和應用而言，運行在透明計算平台上，與運行在通常的計算機平台上一樣，沒有任何區別，完全不用考慮伺服器的位置、指令和數據的存儲與傳輸方式等。

5、安全性。安全性是系統使用時必須要考慮的一個問題。為了在軟硬體平台上實現真正的從底層到上層的安全性，人們提出了可信計算(Trusted Computing)的模型和技術。在透明計算中，也需要解決計算和數據的安全性，實現可信的計算和數據服務。

清華大學計算機系的透明計算平台採用Intel EFI技術來研究開發能夠實現透明計算模式的下一代產品，已完成原型系統的開發，該原型產品在4月份的Intel IDF上進行了展示。該款產品如果產業化成功，將大大擴展機器的性能和產品的適用範圍，構建一種應用廣泛的新型雲計算平台。

發展前景

位於湖南長沙的中南大學2012年10月18日宣布，該校聯手英特爾在此間建立了透明計算聯合實驗室，研究實驗或將開啟下一個“計算時代”的新模式——“透明計算”。

中南大學校長張堯學院士是這種以“用戶為中心”的網路化計算模式——“透明計算”的首創者。他解釋說，透明計算就是通過網路，把存儲、運算、管理進行邏輯或物理分離，將應用和硬體分開，實現個人在任意地點的“不知不覺、用戶可控”的統一體驗。它的優點還在於用戶終端可跨越所有操作系統，在用戶終端可運行各類應用程序，有簡化用戶使用、降低成本等好處。

“因為各類應用都統一安裝在‘透明計算伺服器’內，還統一更新新的應用程序，這也可解決目前智能手機為了滿足不斷下載軟體而需更換更大內存，為更新軟體升級向服務商支付費用等矛盾。”張堯學說。

此新模式甫一提出，便受到英特爾、卡內基梅隆大學、清華大學等全球知名企業和高校紛紛跟進研究。透明計算在英特爾的IDF公布后一度受到熱捧。英特爾高級副總裁詹睿妮評價說，“透明計算將引領下一個計算時代。”

張堯學也認為，這項技術對今後的產業發展，將會帶來革命性的變化，“會是一個巨大的產業，有可能成為世界上最好的計算模式。”

打開一台電腦，建立一個新文檔，把記者輸入的信息保存到遠端的“透明計算伺服器”后關機。然後，打開實驗室另外一台電腦，輸入之前註冊的個人賬號登錄到“透明計算伺服器”，輕而易舉找到了之前的信息文檔，在此基礎上還可以繼續進行其他操作。這一模式徹底“顛覆”了用戶文件、音頻、視頻、圖像等數據“根深蒂固”於計算機內部硬碟或附屬存儲器之中的觀念。

發展趨勢

與“雲計算”的舶來品身份不同，透明計算卻是地道的“中國貨”。不少評論認為：這將是首個由中國推動的計算技術，多年來跟著國外走的中國IT行業，有望藉此在新的時代實現領跑。

2012年9月在美國舉行的英特爾全球信息技術峰會上，英特爾軟體與服務事業部總經理詹睿妮表示：“透明計算將引領下一個計算時代。”此言一出，在國際業界引起激烈震蕩——在過去十年內的IDF歷史上，英特爾還從未如此高調地推崇過一項非英特爾原創的技術。

“透明計算”可追溯至十幾年前。2001年起，清華大學計算機系教授張堯學在開發網路計算機(NPC)的基礎上，嘗試把操作系統從原本已十分精簡的終端上去掉，提出了沒有操作系統的計算模式，並著手開發終端系統。當時的桌面計算機已可支持多個操作系統的運行。

“最初我們是在桌面系統上完成的，並在區域網上得以實現。”張堯學回憶。2004年，他正式提出“透明計算”思想，其核心是將數據的存儲、計算與管理分離，將存儲放在伺服器端，通過網路以數據流形式及時載入。在此基礎上，他們進一步確立了跨終端、跨平台的原則，並提出了“按需服務”的理念。

2006年，透明計算引起了英特爾的關注。張堯學想把英特爾的新一代硬體介面引入透明計算里，從底層開始研發網路化操作系統。英特爾則打算從硬體著手研究透明計算，並逐步將後者推向市場。

UEFI，一種被稱為下一代BIOS的新介面標準，當時正欲大舉攻佔市場。它位於計算機主板層之上，處於所有軟體的最底層，用於計算機預啟動時的操作環境。對它來說，同樣甩開了傳統操作系統、體量輕巧而可控的透明計算展示出了迷人的魅力。這意味著，一旦透明計算的核心技術融入UEFI，二者捆綁后共打天下，將對現有的操作系統和軟體業生態帶來深刻影響。

“我們已經達成一致，都願意通過開放源代碼促成新的標準和產業聯盟，這項工作很快就會推進。”在中南大學與英特爾在長沙聯合舉辦的“透明計算與平台創新技術研討會”上，已是中國工程院院士、中南大學校長的張堯學和來自英特爾的合作夥伴——英特爾亞太研發中心平台軟體架構部總監盧炬異口同聲地表示。

隨著移動網際網路時代的到來，用戶對移動性和終端小型化的追求為透明計算大展拳腳提供了絕佳機會。

在中國第一代手機上網用戶眼裡，“移動夢網”四個字一定不會陌生。它的開發者——中國移動旗下卓望公司也瞄準了透明計算。

2011年1月，卓望公司宣布，與英特爾聯合建立“卓望—英特爾透明計算聯合實驗室”，推出基於透明計算模式的智能手機終端。他們還聯合清華、北大和北航，試圖開發一種新的網路化操作系統——TNOS，以使提供的“透明”服務更適合電信運營商和中小企業。而以阿里巴巴、華為、百度為首的國內網路企業，也紛紛摩拳擦掌，開始加入這支大軍，試水新型網路化操作系統和終端的研發。

採訪中記者了解到，從中南海警衛隊到南沙群島，從湘西自治州到雲南山區， Trans OS已經銷售了數十萬套。這足以證明在現有業態未發生根本變化前，Trans OS及其透明計算產品仍有其足夠的市場空間。

接下來，能否佔據城市——家庭、學校和中小企業，無疑將是透明計算產業化成功的關鍵。

張堯學的現任助手之一、中南大學計算機所所長王國軍告訴記者，中南大學團隊已開發出一種基於透明計算的移動終端原型，即將在該校校園網上投入使用，供學生第一時間了解自己的選修課進度。得益於張堯學在高校的影響力，校園這一平台很有可能成為TransOS迅速推進的前哨。

英特爾方面則更加樂見其成。“我們早在10年前規劃的產業願景，現在正成為現實。”詹瑞尼在IDF峰會上這樣開篇，“透明計算現在似乎也離我們很遠，但我們一直相信，未來的計算將會是透明計算的時代。”

在業內人士眼中，“透明計算”的真正挑戰來自帶寬。由於操作系統必須通過網路實時載入，一旦從區域網延伸到廣域網，這無疑將造成帶寬的巨大消耗。

但張堯學對此信心十足。“帶寬只是時間問題，”他說，“我們完全可以通過多種技術手段加以解決，比如加大緩存處理能力，或者開發更高數據壓縮比的新演演算法。”

中國發展

透明計算（Transparent Computing）概念在英特爾的IDF公布后一度受到熱捧。

就在英特爾向張堯學伸來橄欖枝后不久，2008年10月，谷歌公司專門為透明計算開了一場研討會，作主題發言的只有三位：一位是谷歌大中華區副總裁，一位是時任谷歌中國總裁的李開復，另一位就是張堯學。三個人各講了一個小時。

此時，雲計算可謂熱火朝天。張堯學只好將透明計算和雲計算捆綁在一起，借各種研討會向學界同行和業界朋友反覆講解二者的異同。他終於不再需要藉助雲計算來闡明自己了。

2009年開始，張堯學團隊將透明計算從原來面向桌面計算機和區域網進一步拓展至無線和移動網際網路。到2010年，他們終於在移動網際網路上提出了一個模型。

這種新操作系統被命名為“TransOS”，它基於透明計算理念，在“核高基”重大專項支持下研製。國內科技主管部門對之寄予厚望，希望這種原創性的網路化操作系統成為中國反制國外壟斷的一張“王牌”。

在10月出版的《國際雲計算》雜誌上，來自日本、德國和加拿大的計算機科學家對Trans OS進行了充分討論。這次集中“曝光”將IDF大會上的“地震”半徑進一步擴大。眾多境外科技媒體迅速跟進，以《在雲中的操作系統：TransOS或將取代傳統桌面操作系統》、《中國人希望把計算機大腦放在雲中》等為題給予報道，反應之快令當時正在國外訪問的張堯學大吃一驚：文章刊出不到一個小時，他就在手機上讀到了其他媒體刊發的評論文章。

然而“取代”的說法並不準確。“TransOS不破壞、不反對、不消滅原來的體系結構，但透明計算會派生出很多新的終端來，從而改變商業模式和軟體的使用模式。”張堯學告訴記者。

想象一下，當你在機場候機，你在機場的終端上插入一個小型的個人身份硬體卡，就可以將機場提供的普通終端變成你常用的那台，無論數據還是用戶習慣完全一致，而當你取下這個硬體鏈接時，你的使用將不會被機場的公用終端保存。這就是透明計算成型后的概念。同時，透明計算概念支持終端跨越所有操作系統，在最後的使用終端可以運行各類應用。

以透明計算概念發明人、中南大學校長張堯學的話說，透明計算就是通過網路，把存儲、運算、管理進行物理或邏輯上的分離，將應用和硬體分開，實現個人在任意地點的統一體驗。

透明計算從2004年提出后一直處於研究階段，要投入產業化還需要有統一的操作系統、IP設計和產業化企業的推動。雖然英特爾在全力支持，但沒有人能說清透明計算的具體發展進程。

在理想中，TransOS為透明計算的操作系統，允許任何配置的終端從雲端訪問。其將實現全網路化、硬體虛擬化和軟體資源，用戶可以獲得任何服務需求，而計算能力將完全由網路帶寬提供。

透明計算吸引人之處在於跨操作系統、硬體設備，並且不受到地理位置的限制，同時，其數據的安全性將比私有雲更安全。

英特爾軟體與服務事業部總經理詹睿妮上個月在美國表示，透明計算將是下一代計算技術，而三個關鍵詞是HTML5、雲計算和安全。

國外媒體對張堯學的身份也表示出更多的興趣，不少評論認為這將是首個由中國推動的計算技術，這也被認為在透明計算時代，中國IT行業有望在新的時代領跑。

不過張堯學表示，關於透明計算的研究有多個團隊在同時進行，中國團隊是否會完全成為該技術的主導尚不能確認。

獲獎

2015年1月9日，清華大學教授、中南大學校長張堯學院士率隊完成的“網路計算的模式及基礎理論研究”項目榮獲2014年度國家自然科學獎一等獎。