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透明计算技术分析与思考子华
前言
“透明计算”事件的荒谬以及对国内科技界造成的巨大影响虽已经被广泛认知,然而,至今缺乏最直接的论断,使得“透明计算”继续侥幸前行,有“绑架/混淆”决策层视听之意,最终结果一定是“黄钟毁弃,瓦釜雷鸣”,以至于断送当前以创新尤其是科技创新为主导的产业升级,并对国家安全造成重大隐患。
尽管已经有人试图对“透明计算”进行技术上的剖析,但目前来看,更多的是针对“透明计算”外围进行的,即针对的是“透明计算”的技术描述,而非“透明计算”技术本身,而这,又恰恰是“透明计算”事件荒谬的原因所在:
依靠技术的“文学描述”而获得国家自然科学一等奖。
正是这种技术描述与技术本身的偏差大到超过可以容忍的底限,才导致了本次广泛的质疑,进而发展到对当事人“学术欺骗”、“权力运作”、“学术腐败”的指责,并进一步指向对整个科研体制和评价体系的否定,这种因情绪导致的极端化倾向淹没了独立的思考及对事实真相的探求。
基于此,本文试图从技术上(尤其是技术与技术描述的对比上)对“透明计算”事件作一基础“诊断”,算是“抛砖引玉”,以拨开迷雾,尽可能的还原事实真相,以便在正确的方向上(技术上)进行“讨论”,进而发现问题,解决问题。
也希望“透明计算”团队以及各界人士针对本文予以指正。
本文作者经历了专业的计算机专业教育及具备超过25年的计算机专业实践,专业知识及实践经验可以覆盖所述技术领域,愿公开接受各方在技术上的批评和质证。
2014国家自然科学奖一等奖
“透明计算”技术分析与思考
2014国家自然科学奖一等奖“网络计算的模式及基础理论研究”(又称透明计算,下称该技术)出台后,受到科技界尤其是计算机业界人士的强烈质疑,这些质疑主要在以下几个方面:
1. 该技术是否够获奖,尤其是国家自然科学奖一等奖的水平;
2. 指责该技术的负责人是“学术骗子”;
3. 认为该奖项是学术腐败,权力运作的结果;
经过对该技术的了解,尤其是查阅了相关的论文及技术文档后,笔者认为质疑合理,但上述认定缺乏依据,对该事件,本人经过技术分析的结论为:
1. 所谓“透明计算”技术属于计算机领域内的“民科”成果。
2. “透明计算”事件的实质是跨专业民科,其间可能涉及“学术不端”,但非“学术骗子”。
3. 导致该事件的原因在于社会环境、学术文化和潜规则。
下面,将根据证据,对上述结论予以论证。
一、“透明计算”技术属于计算机领域内的”民科”成果
1.“民科”的定义
“民间科学家”是同“科学共同体”内的职业科学家相对而言的不同范畴。
“科学共同体”是英国学者米切尔·波兰尼(MichaelPolanyi,1891-1976)于1942年在《科学的自治》中首次提出来的一个科学社会学概念,他把全社会从事科学研究的工作者称作“科学共同体”,以区别其他一般的社会全体和社会组织。
之后经过发展和演变,“科学共同体”概念也具有了两个层面的意义:
一种是共同职业意义上的科学共同体;一种是共同专业意义上的科学共同体。
第一层面概括的范围囊括整个科学界,显示出科学与社会文化环境的相互关系,体现的是其外在功能;第二层面意义上讲的是科学家组成的各种集团,是具有相同信念、价值和规范的关系性共同体,体现的是科学共同体的内部结构。
“民间科学家”(简称“民科”)则是在“科学共同体”之外进行所谓科学研究的业余研究者,他们大多没有受过专业的教育,但对于科学有狂热兴趣,他们或者是希望一举解决某个重大的科学问题,或者是试图推翻某个著名的科学理论,或者致力于建立某种庞大的科学体系。
但是他们不接受也不了解科学共同体的基本范畴,他们与科学共同体不能达成基本的交流。
总的来说,他们的工作不具备科学价值。
(以上参见:
报告文学《哥德巴赫猜想》与“民科”,刊于:
《科普研究》,2008年第5期,第57-62页。
杨慧河北大学新闻传播学院)
“民科”具有两个特点:
1.对该专业的相关技术及发展缺乏足够的了解;2.缺乏相关专业的专业教育经历。
注意,并非没受过教育,而是没受过相关专业的专业教育,也就是说即使受过A专业的教育,有可能(仅仅是可能,而非一定)在B专业成为“民科”,即跨专业民科。
“民科”的“学术论文”也有一些共性:
新名词极多,并且这些新名词与科学共同体现有的术语没多少关系;逻辑混乱,不知所云;常常把一个不大的结论夸张成天大的好事;常常发表一些超越具体问题之上的议论,尤其喜欢表达爱国情怀;常常把结论建立在未来的可能性上。
(参见:
《自然辩证法研究》2003年第7期,民间科学爱好者的基本界定及其成因分析,田松北京大学哲学系)
2.“透明计算”关键技术的计算机基础知识认知
根据“透明计算”相关的著作及论文可以发现,其技术表达带有明显的用户化和文学化(即业余性和非专业性),从而导致“透明计算”技术和“透明计算”技术的表达出现较大的偏差,下面予以举例说明:
2.1关于冯•诺依曼结构
根据“教育部推荐2014年度国家科学技术奖公示内容”,“透明计算”技术成果的第一个方面:
“提出了时空扩展冯•诺依曼结构和透明计算模式。
前者将原来计算机的内部总线扩展为外部网络,在空间上解除了指令计算和存储的紧密绑定,在时间上将指令的计算和存储由‘串行’变成‘并行’。
……”
该段技术描述对应的实际技术为:
将硬盘(外存)由主机移动至远程(网络端),两者之间存在以下偏差(问题):
a.“时空扩展”,典型的文学用语,缺乏严谨的科学定义,而且其后的表述表明在技术上均不成立,而是出于文学想象,以点概面;
b.冯•诺依曼结构广义上(即缺省状况)一般理解为:
二进制,程序存储,按顺序执行。
狭义的理解为:
数据与程序共用总线(对应的哈弗结构分别使用数据总线与程序总线)。
无论是广义的还是狭义的,包括哈弗结构的计算机,都满足冯•诺依曼结构定义的5大经典计算机部件:
运算器(ArithmeticLogicUnit),控制器(ControlUnit),存储器(Memory),输入设备(Input),输出设备(Output)。
从专业的角度,“透明计算”充其量改变的只是硬盘(外存)的物理位置(且系早已有公开技术),而硬盘本身作为辅助存储器(auxiliarystorage),并非计算机体系结构的必须设备,与冯•诺依曼结构毫无关系,根本谈不上对冯•诺依曼结构做任何改动,更不用说改进了。
c.计算机总线分为3类:
基于芯片级数据连接的内部总线,基于部件/插卡级别的系统总线,基于(输入/输出)设备级别连接的外部总线。
根据该分类定义,“计算机的内部总线扩展为外部网络”的说法属于明显的外行用语。
显然,“透明计算”把传统的硬盘线当做内部总线了,因为一般硬盘线的确在计算机机壳的“内部”。
(文学化式理解专业概念,“民科”的典型特点)
d.“透明计算”对指令计算和存储的概念不清楚。
第一,分不清内存和外存(又称辅助存储器,非必须)的区别;第二,分不清指令和程序的区别,第三,更不清楚计算机指令的执行过程。
否则,就不会做出“在空间上解除了指令计算和存储的紧密绑定”的外行表述。
当我们说指令时,往往意味着其位于内存中(外存中一般叫程序)准备执行,一条指令的执行至少包括取指令和运算两个环节(大部分还包括取操作数及存操作结果),无论是哪种结构,为提高计算速度都会尽力的提高取指令(及操作数)的速度,所以,理论上,“指令计算与存储的绑定”有利于提高计算机的计算速度,比如处理器中的cache,几乎被所有的处理器采用。
而传统的计算机,不但内存没有与处理器绑定,外存更没有与处理器绑定,不知道作者解除的是什么(cache?
有违基本的常识),根据上述第3点的判断,其大概以为将硬盘从机箱内拿到机箱外(服务器上)叫解除所谓的“指令计算和存储的紧密绑定”吧?
e.“在时间上将指令的计算和存储由‘串行’变成‘并行’”的表述就更离谱了,如上所言,指令的计算与存储仅涉及到处理器与内存,与外存根本没有必然的关系,外存作为辅助存储器(auxiliarystorage),并非计算机体系结构的必须设备,其所述技术,充其量也就是外存储的物理位置发生了变化,并未涉及到结构变化,更是与“串行”与“并行”毫无关系。
以上事实说明,“透明计算”技术的表述不符合计算机专业基本的认知,更缺乏科研最基础的实事求是及求证态度。
否则,不会在其所做未改变任何冯•诺依曼结构的情况下,“误以为”对冯•诺依曼结构进行了“扩展”,也正是这种极其业余的文学式的计算机技术认知,可以佐证笔者的判断:
“透明计算”技术并非“学术作假”,而是出于对计算机专业本身的“不了解”。
2.2 关于“透明计算”
2004年的论文(透明计算:
概念、结构和示例,2004年12月,电子学报,第12A期),正式释义“透明计算”,从该论文可以看到,其对“透明”和“计算”均存在着根本误解。
a.在技术领域,“透明”的含义包括两点:
1.站在用户的角度;2.减少专业概念。
而该技术所做的努力,与原系统相比(从“透明”角度),只具有劣势,而没有优势,也就是说,其希望“透明”,实际上结果却“更加不透明”。
举个简单例子,一个普通用户可能对计算机具体结构毫无概念,甚至连外存储是什么、在哪里根本不关心,原本单机一开机就能干很多工作,你却让用户:
1.增加网络概念;2.增加操作系统概念;3.增加存储位置概念。
也就是说,在操作系统启动这一环节,其技术不是“透明”了,而是把原本已经很“透明”的启动,变得“不透明”了。
这说明作者并不了解“透明”的本质。
(其可能以为功能多或功能强意味着透明)
在笔者看来,ATM取款机式的计算,是“透明”的典范,无需任何专业知识,无需培训,甚至没有计算机和网络的概念。
b.计算机领域所讲的“计算”,是广义的计算,即使用基于处理器的数据处理系统处理各种事务。
现在的计算机的计算,大部分运行在操作系统平台之上,也就是说,对于一个普通的计算机系统(普适计算),在操作系统启动之后才进行工作,才是真正的计算,操作系统启动之前,包括操作系统本身的启动,都是为计算做准备,这个过程,一般不认为是计算。
该作者所做的工作,仅仅涉及到操作系统的启动之前的工作(或者提供一个远程操作系统启动的环境),实际上于真正的计算没什么关系。
(这就好比舞台是为演出服务的,但我们基本不会把搭建舞台说成演出,更不会把搭建舞台的工作人员称呼为演出人员)
而该论文(第2页第2段)中竟然有如下表述:
“透明计算的另一个长处是,它的服务器只用于各种资源的存储,而不从事应用计算.这减少了服务器的负载,提高了用户的响应速度.”,更是本末倒置。
对于数据服务器而言,无论是数据的存储还是访问,都属于应用计算,因为这是其工作事务之一。
以上可以看出,“透明计算”概念与所解决的技术之间存在较大偏差,名不副实。
2.3 操作系统与中断
“透明计算”认为“中断”是操作系统最重要的功能之一,事实上,其对中断可能只是“文字”上的了解,实质并不理解。
2008年11月的论文“从资源共享到服务共享:
透明计算的机遇与挑战”(中国工程科学2009年第11卷第8期)第3页最后一句话“将透明终端的启动中断发送到透明服务器上”,该表述根本违反“中断”技术的常识:
1.终端的中断只能由终端来处理,这是由中断机制决定的;
2.2.服务器上不大可能处理终端的中断,因为引起中断的硬件或事务均在终端上,有什么必要让服务器隔着网络去处理呢?
除非故意改劣。
3.3.估计是该论文将“终端在中断处理过程中需要从服务器上获取某些数据”当做“将终端的启动中断发送到服务器上”,这说明其对基本技术概念不清楚,且缺乏实践支持。
2.4知识产权与软件许可
在2004年12月“透明计算:
概念、结构和示例”一文的第5页中,有如下表述:
“其次,MMNC系统还能使多个用户同时共享单机版软件.用户只需从服务器上像阅读Web网页那样,动态地在客户机上执行服务器上的应用程序即可,从而打破传统的网络版软件在安装和共享人数上的限制.”,该认知说明:
1.其对Web网页的机理不清楚(web服务器,浏览器,网页内容是三个不同的著作权);2.其对软件存储与软件执行有错误的认识;3.其对软件许可和知识产权基本概念不清楚;4.其对很多术语的使用基于文字(想象),而非技术定义;5.该学术已经脱离了基本的技术要求:
严谨和逻辑。
当然,类似的问题远不止以上,只是以上几点足以说明问题的本质,即“透明计算”的研究(冯诺依曼扩展,透明计算,MetaOS,知识产权),不具备基本的专业基础及缺乏严谨和逻辑,与“民科”行为已经非常接近。
3.“透明计算”的技术水平
3.1“透明计算”的本质
从其2004年第一次系统性提出“透明计算”的概念及相应的结构以来,尽管后面有些变化,但其本质上就是计算机领域的“远程操作系统启动”这一很小的技术实践,基本上不涉及什么计算机理论。
(后期其将其他技术往“透明计算”这个概念里装,实际上已经推翻了其开始的理论)
3.2“远程操作系统启动”在计算机领域内的发展简历
“远程操作系统启动”最早(1990年以前)实践于RPL(RemoteInitialProgramLoad,远程启动服务)技术,是一种较早出现的无盘网络组建技术,DOS,OS/2,及Win95均受到其支持。
随后(1998年左右),PXE(prebootexecuteenvironment,预启动执行环境)技术“终结”了RPL,开始支持Win98及以后的操作系统,如:
Windows95/98/2000/windows2003/windows2008/winXP/win7/win8,linux等。
以上两种,尚属于基于远程文件系统的“远程操作系统启动”。
相关的IETF标准如下:
(注意时间)
1.Jun-1981,RFC783 TheTFTPProtocol(Revision2)
2.Jun-1984,RFC906 BootstrapLoadingusingTFTP
3.Sep-1985,RFC951 BootstrapProtocol
4.Jul-1992,RFC1350 TheTFTPProtocol(Revision2)
5.Mar-1997,RFC2131 DynamicHostConfigurationProtocol
6.May-1998,RFC2348 TFTPBlocksizeOption
7.Nov-2006,RFC4578 DHCPOptionsfortheIntelPXE
8.Sep-2010,RFC5970 DHCPv6OptionsforNetworkBoot
9.Jan-2015,RFC7440 TFTPWindowsizeOption
再后,iSCSI技术出现(iSCSI最早是由IBM及Cisco于2001年制定,2003年成为国际标准),使得计算机对网络硬盘与本地硬盘的访问已经不再有本质的区别,这也意味着,能在本地硬盘做的事情,都可以通过网络硬盘进行,这当然也包括操作系统启动在内。
至于多个操作系统的选择,从DOS年代起都已经出现,在技术上更不具备任何实质难度。
(iSCSI是块设备标准)
3.3“透明计算”的技术价值
从以上历史可以看到,即使2004年的“透明计算”水平,也远落后于业界已经提供的解决方案,对于一个计算机领域的普通科研人员,使用一个基于iSCSI协议的卡,很容易即可实现与本地硬盘效果等价的远程启动系统。
做一个SATA转iSCSI卡,甚至普通电脑连BIOS都不需要更改,即可拥有远超过“透明计算”所声明的技术效果。
而接口转换,是该技术领域常用的技术手段,技术含量非常有限。
可以说,所述的“透明计算”从技术上基本不具备价值(相对已有技术而言)。
这与“民科”中,做飞机、潜艇的现象相类似(满足自己的体验和成就感,无社会使用价值)。
3.4“透明计算”的实用价值
我们从几个方面对其实用价值进行分析:
a.工程方面。
即一个产品/设计,是否实用,要符合基本的经济原则。
透明计算从工程的角度,没有减少任何组件,无论是软件还是硬件,反而增加了多层软件,网络依赖,以及耗电量增加(至少整个网络环节的供电,包括服务器),带来的后果却是硬盘访问速度降低几倍(1000M网络)到数十倍(100M网络),广域网下,即使是目前,几乎无使用可能。
(现有SATA的传输速度约5-6000Mb/S,SSD硬盘存读取速度已超过600MB/S左右,即4800Mb/S)
而其宣扬的多操作系统选择,且不说是已有的技术和功能(如multi-boot),对绝大多数用户而言,根本不涉及,也不需要。
试想一下,一个智能手机,仅仅一个小小的TF卡(32G,仅几十元),即可相当于“透明计算”所有的网络、服务器、机房…,任何一个“理智”的人,都不会选择“透明计算”。
b.安全性方面。
整个系统的安全性大大降低。
首先,其“将多个鸡蛋放在一个篮子里”,不利于物理安全。
服务器一旦被毁,所有的数据和系统将不复存在,所有的终端将无法使用。
其次,将单一环节(外存储器总线)变为多个串联环节(服务器,每个网络节点,DNS服务器),任何一个环节出现漏洞,都可能导致系统的安全受损。
最后,由于这些与操作系统本身没有任何关系,其不可能对现有操作系统的安全性做提升。
c.可靠性。
由于增加了太多环节,如服务器,每个网络节点,DNS服务器,及它们各自的供电,机房,维护人员……,任何一个环节出问题,或者受到网络攻击,将会造成大量的客户端崩溃或无法启动。
d.对网络的影响。
简单计算一下,以2G内存的windowsXP计算机而言,pagefile.sys文件为2G容量,操作系统相关文件容量按512M(一次使用平均文件读取量)算,启动,关机,(以用户操作导致pagefile.sys文件全读写一次计),需要在网上传输的数据即可能超过4.5G,小范围千兆局域网尚可支撑,大范围广域网环境,将可能导致网络大面积阻塞。
综上,对于普适计算而言,透明计算几乎没用实用价值。
所谓“皮之不在,毛之焉附”,所有仅依赖于透明计算的技术,也同样几乎无技术和实用价值。
可以说“透明计算”做的是计算机领域已经有很成熟方案的东西(其水平低于同期已有公开技术),且违反工程应用的基本常识。
属于典型的“民科”水平。
最后说明一下,iSCSI,PXE等都用在特殊环境,如iSCSI用于服务器存储(其目标是10G带宽的专用网络),PXE用于无盘工作站等,这说明这些技术只有在特殊环境下才具有价值,对普适计算,意义不大,这也是为什么这些技术出现了十几甚至二十几年,几乎不用于普适计算的原因。
而“透明计算”却拿来用于普适计算,这正说明“透明计算”的“民科”水平。
4.原因略析
“透明计算”及团队均受过高等教育,而且该技术的主创人还是在日本获得硕士和博士学位的高知,其在计算机领域的认知和技术成果被证实为“民科”水平,这肯定让很多人难以接受。
笔者认为,造成该情况的原因如下:
a.“透明计算”的民科,是跨专业导致的民科,该技术的主创人接受的教育主要是电子与通讯,而且在上世纪90年代以前,彼时通讯与计算机的关系远不如现在紧密,其没有经历过专业的计算机专业教育;
b.从该技术的主创人经历看,其缺乏计算机领域的实践经验,不过其工作经历及教育基础让其有大量的机会接触计算机领域的新技术和新概念,所谓“纸上得来终觉浅”,但这可能让其误以为自己具有相当的计算机专业水平。
c.上世纪90年代以前,计算机还处于比较初级的阶段(286,386,DOS),而其后的计算机的发展及更新换代非常快,不用说非专业人员,即使是专业人员,大部分也跟不上技术的变化。
d.该技术的主创人具备一定的发散性思维及文学爱好,这一方面使其具有创造/创作的愿望,另一方面,文学化解读的不知不觉,让其偏离了科学研究的严谨及逻辑。
e.该技术的主创人具有的其他专业才能及历史的机遇让其很快的在“仕途”上成为佼佼者,根据传统文化和现实国情,以及对导师或领导的尊重,即使其提出的思路不一定正确,下面的人也会想办法实现,最终让其失去了对真实情况的了解。
f.该技术的主创人本身对技术及创新的热爱。
如果在其他领域,尤其是社科或管理领域,或许会是佳话。
而计算机领域,技术相对比较透明,实践性较强,工业化较深,以上因素就使得其处于沙漠建楼的境地。
笔者以为,出现这种情况,不仅仅是“透明计算”的悲剧,更是整个社会环境和学术文化的悲剧。
当然,这种跨专业引发的“民科”并非绝无仅有。
马克斯·芒克(MaxM.Munk),哥廷根大学(物理学)和汉诺威技术大学(工程学)双博士,他的哥廷根导师是大名鼎鼎的空气动力学鼻祖普朗特(LudwigPrandtl),而他的哥廷根论文包括了后来被公认的普朗特的机翼理论的基础;他提出了诱导阻力(induceddrag)的概念;他领导设计制造了世界第一个可变密度的风洞,这使得美国国家航空咨询委员会(NACA,即NASA的前身)在机翼设计方面跃居世界领先地位。
但就是这样一位颇有成就的空气动力学专家,最后还成了一个搞费马大定理的民科。
究其原因,既有当时社会环境的问题(美国人的排外主义),也有他本人的性格问题。
他的故事对于在科研领导岗位上的所有人都是值得一读的,甚至应该写入工程管理学的必读教材。
(参见蒋迅:
从空气动力学先驱到数学民科──悲剧人物芒克,《数学文化》第5卷第2期)
术业有专攻!
二、“透明计算”事件的分析与思考
与其他人士的判断不同,笔者不认为“透明计算”技术上作假,即现有的证据(主要指2011年前的技术证据)不足以支持对“技术上作假”的指控,原因如下:
1.如前所言,“透明计算”本质基本上没有技术含量和实用性,如果是作假,不会选择这样水平的技术。
而且不会跨度这么长。
这有违常识。
另,其发布的大量论文及专利在技术上并不存在造假,因为这些论文和专利在专业上证明了“透明计算”及“透明计算团队”技术水平和科研水平之低。
2.如前所言,特殊的社会环境,学术文化,以及潜规则,造就了这一荒谬和悲剧,这一悲剧的更为可悲之处在于,如果说“透明计算”在技术上因种种情况出现偏差,那他周围的那么多专家学者视若无睹?
要知道无论其所在的大学还是工程院都是国内数一数二的研究机构啊。
再进一步,其主创人因此而被评为“计算机”专家/院士(实际为:
信息与电子工程学部),又意味着什么?
到底是渎职还是学术对权力低眉到了匍匐?
到自然科学一等奖,彻底将整个国家的颜面丢的荡然无存,这难道仅仅是“透明计算”及团队
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