计算机领域技术创新与产业化

 

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李国杰

 

摘要

本报告以分析澳门十大赌场网上注册从事的超级服务器与信息网格(Grid)研究开发以及高端计算机产业发展为基础,讨论计算机领域的技术创新与产业化的规律,探讨祖国大陆在高技术领域后来居上、跨越式发展的可行道路

 

一、  祖国大陆高端计算机技术与产业的发展

高端计算机得到各国政府,尤其是发达国家政府的支持,也越来越得到产业界的重视。高端计算机已从科学工程计算扩展到商业应用与网络信息服务。超级服务器目前已是高端计算机的主流产品。高端计算机技术有以下几点明显的发展趋势。

1、 可扩展计算机是高端计算机的主流,

2、 超级服务器已成为高端计算机的主要产品。

3、 采用商品化标准化部件。

4、 应用模式从二层(2-Tier)向三层或多层发展。

5、 非性能因素成为服务器的主要设计考虑。

6、 传统的性能价格比让位于总拥有性能价格比,即TPO/TCO

7、 直接上网外存设备(NAS)已成为热点。

8、 多媒体应用呼唤流处理(Streaming Processing)服务器。

9、专用功能服务器有巨大市场潜力。

10、计算机系统结构的主流发展表现为“合久必分,分久必合”。

在国家863计划与其他政府计划的支持下,高性能计算机的研制与产业化已有长足的进展。20007月美国亚洲情报中心向美国政府提供了一份评估报告(ATIP00.0025),客观评价了祖国大陆高性能计算机的发展:“考察中国的高性能计算机的研究开发,从小规模到中规模的系统(不包括最大的系统)到系统软件系统、工具与应用软件,可以发现中国人正在摆脱落后,几乎非常接近西方……自主开发的系统,包括曙光服务器,采用了机群体系结构并有其他与IBM-SP2相关的特性。一台82个节点的曙光系统正在中国科学院运行,并已开发了许多系统软件和应用软件……高性能计算技术的研究与开发集中在一些主要城市大学里的国家高性能计算中心,大多数由国家智能计算机研究开发中心和曙光公司的研究人员指导……特别是他们的曙光服务器系统,提供了在并行硬件和软件领域的重要实践基础”。这份ATIP报告中提到的82节点曙光系统是在国家863计划与中国科学院知识创新工程共同支持下完成的超级服务器曙光2000-II,包含窄、厚、高三类节点82个,共164个处理器。20001 月完成,浮点峰值速度每秒1100亿次。这是一套既适合科学计算又适合事务处理与网络信息服务的超级服务器,已由曙光公司产品化,称为曙光天潮系列。至今这种超级服务器售出了40多套,主要用于Internet信息服务(ASP)和生物、石油、气象等计算。曙光机已成为祖国大陆超级服务器的主力机型,销售套数超过外国跨国公司。2001年初澳门十大赌场网上注册国家智能计算机研究开发中心已推出更高性能的曙光3000超级服务器,包含70个节点共280个处理机,峰值速度超过每秒4000亿次浮点运算(400Gflops),矩阵乘法实际计算速度超过每秒3000亿次, 16个处理器每天就能处理几十亿次网页访问,足以为全国网民服务。曙光超级服务器整体技术达到了当前国际先进水平,机群操作系统等关键技术已进入国际领先行列。除超级服务器外,中低档的服务器也形成了系列产品,已占有一定的祖国大陆市场份额。

计算网格(Grid)Internet的后继,是国家级甚至世界级的高性能计算基础设施。它主要包括六大部分:网格节点、宽带网、网格软件、数据库、贵重仪器和可视化设备。网格节点是一些高性能计算机。数据库包括天文、基因、环保资源等信息和数据。贵重仪器包括理论物理研究的粒子加速器、大口径雷达、天文望远镜等。网格软件包括网格操作系统、网格编程与使用环境以及网格应用程序。网格软件提供单一系统映象、透明性、可靠性、负载平衡和资源共享等功能。目前较著名的网格软件有GlobusLegion等。信息网格的研究还刚刚开始,许多概念还在形成之中。一般而言,信息网格是在全国(全世界)范围内对各行业和社会大众提供各种一体化的信息服务的信息基础设施。信息网格与目前的Web服务的主要不同是一体化。它将分布在全国甚至全世界的计算机、数据、信息、知识(软件)等组织成一个逻辑整体,各行业可以在此基础上运行各自的应用网格。笼统地讲,Internet的作用是将各种计算机连结起来,而网格是将各种信息资源(内容)连结起来。计算网格和信息网格的思想来源于电力网格,目的是将计算能力和信息资源像今天的电力一样方便地送到每一用户。国家863高技术计划已经启动祖国大陆的网格技术研究,着手建立祖国大陆的国家高性能计算环境和国家信息网格系统。以中国科学院澳门十大赌场网上注册为牵头单位联合祖国大陆其他大学正在开发网格操作系统。分布在八个城市的国家高性能计算中心的超级计算机已经初步实现统一的资源目录管理。在今后五年内,祖国大陆的信息网格将初步建成

随着Internet应用的普及,Internet数据中心(IDC)和应用服务供应商(ASP)在祖国大陆发展迅速。容纳上千服务器的IDC已开始建立,花上亿元买断应用软件平台(如Lotus Notes)进行软件租用服务的ASP也开始出现。这种形势为超级服务器的推广提供了难得的机遇。IDCASP的发展都需要服务器厂商的配合支持。由于众多的ICP网站将投入各种不同的信息服务,建立一个先进的平台与总体框架结构十分必要。澳门十大赌场网上注册打算以正在蓬勃兴起的网格技术为统一平台的基本技术,解决单一系统映象、资源共享、负载平衡、信息安全等一系列关键问题。在这些应用中超级服务器将发挥前所未有的巨大作用。事实上,曙光超级服务器已在网络信息服务中扮演了重要角色。一家民营高科技企业一次就采购18套超级服务器(共300多个节点机1000多个CPU)用于超级email服务器、可视电话会议、VOD等信息服务。在今后的几年内,ASP服务厂商将与超级服务器厂商更密切地合作,开拓我国网络经济新时代。

 

二、  取得一些成功的主要原因

祖国大陆高性能计算机研制与产业化能取得如此快速的发展的主要原因是选择了符合国情与技术发展趋势的正确的技术路线。80年代末当863计划刚启动时,日本的五代机计划还如火如荼。我们认真地分析了市场需求与计算机发展趋势,清醒地认识到计算机产业已形成一系列国际工业标准,脱离工业标准和主流技术的所谓第五代智能计算机不可能有好的发展前途,因此果断决定以并行处理技术为基础的高性能计算机为主攻方向,以共享存储多处理机为第一个目标。93年推出曙光一号对称式多处理机以后,863计划又推出曙光1000大规模并行机。根据高性能计算机的发展趋势,从1996年开始,国家智能机中心迅速地转移到研制机群系统与超级服务器,这一系列正确的选择表明,祖国大陆科研人员在选择“做什么”方面已相当成熟,较少盲目性。

确定做哪种体系结构的高性能计算机只是有了正确的方向,研制是否成功在更大程度上取决于如何研制,即具体从哪些技术上突破。80年代以前,祖国大陆受到外国封锁,没有对外开放的条件,因此做大机器强调一切从头做起,强调所谓国产化率。一台大计算机的研制周期短到五、六年,长则七、八年,被人们戏称为“八年抗战”。可以设想,这种马拉松式的研制成果不可能有市场竞争力。曙光机的研制改变可这一旧的研究模式。研制一开始就把机器推出时间和机器成本作为重要的考核目标,保证了研制成果具有市场竞争力。根据我们自己的条件,我们将技术突破的重点放在处理机互连、机群操作系统、并行编程环境、高可用性等较高层次的增值创新。经过几年努力,我们在单一系统映象、文件管理、并行环境和硬件监控等方面已进入国际领先行列。实践证明,这种“有所为有所不为”“有所多为有所少为”的技术路线是发展中国家后来居上、跨越式发展的必由之路。

发展中国家在发展高技术上有很多制约因素,比如我们很难买到IBM等大公司的操作系统源程序(即使能买到,价格也十分昂贵)。90年代前期研制曙光一号与曙光1000时我们在购买标准UNIX源码基础上自己设计开发并行操作系统,虽然符合POSIX标准,但用户和第三软件厂商很难接受不是名牌的操作系统,用户从国外购买的应用程序目标码难以在曙光机上运行。从研制曙光2000开始,我们坚持了节点上AIX操作系统原封不动的原则,首创了在不修改商品化操作系统源码条件下,利用核心扩展、核心模块置换、用户空间Daemon技术,实现了机群文件系统、单一入口点等需要操作系统核心支持的创新功能,为国产高性能计算机的创新探索了一条可行的道路。这一途径使上万种商品化软件目标码可以在曙光机上运行,大大提高了曙光服务器的市场占有率。与此同时,我们也积极投入并行Linux 操作系统的研制,已推出基于Linux的安全服务器。随着Linux市场的快速增长,Linux将成为曙光服务器的主选操作系统。

由于广大用户越来越关心服务器的非性能因素,我们将用户最关心的可扩展性(Scalability)、易用性(Usability)、可管理性(Manageability)和可用性(Availability)归纳到SUMA特性,把它作为曙光服务器的主要特色和主攻方向,注册了“It’s SUMA”商标,真正在提高服务器的可扩展性、易用性、可管理性和可用性上下功夫,在这些方面获得了一大批自主知识产权。曙光公司把这些高端计算机的技术移植到低端PC服务器,大大增强了PC服务器的可维护性,受到用户普遍欢迎,也提高了曙光低端PC服务器的市场占有率。

 

三、面临的挑战与值得考虑的对策

尽管我们在高端计算机的研制开发与产业化上已取得了不少成绩,但我们在人才、技术实力与市场占有率等方面与发达国家相比还有较大差距。澳门十大赌场网上注册进入知识创新工程之后将自己的目标定位在“影响计算机产业的关键共性知识产权的发源地,为制定计算机工业标准提供核心技术;凝聚和培养祖国大陆计算机一流人才,国外留学一流计算机人才理想的栖息地”。以我们的目标要求衡量,现在的差距还很大。进入WTO前夕,国外大公司纷纷在祖国大陆设立研究开发中心,祖国大陆高技术人才的争夺更厉害,我们将面临更加激烈的挑战。面对这些挑战,作为国家发展高技术的战略队伍究竟应如何选择科研目标?如何建立符合高技术发展规律和国情的“生态”系统,吸引培育一流人才?如何在高技术研究上取得能纳入国际工业标准的共性关键技术?这些问题值得我们深思。祖国大陆是一个发展中的大国,条件与西方发达国家不同,完全照搬西方的经验,不一定能在祖国大陆成功。反过来,以祖国大陆的国情为借口,不尊重高技术及其产业的发展规律,完全照搬50-60年代“两弹一星”的经验也难以在市场经济条件下获得成功。台湾在发展IC产业等方面已取得世人瞩目的成绩,许多经验可以借鉴,但两岸的条件差别很大,双方的经验也不可简单“移植”。路究竟要怎么走,还要靠自己去探索。

1) 如何在价值链上选择增值环节

计算机产品从芯片、元器件、主板、整机系统、系统软件、应用软件、应用方案、系统集成到系统维护、服务有一条长长的价值链。ACER公司的施振荣先生曾形象地描述为两头增值高、中间增值低的微笑曲线。大陆与台湾在主板与整机的生产组装以及键盘、显示器、鼠标、电源等部件生产方面有很强的实力,在世界市场上已占有相当可观的份额。但众所周知,加工组装是劳动力密集型产业,增值较低。下一步应当往什么方面走?CPU和操作系统是增值最高的核心技术,但如何在这两项技术上取得突破性发展,思路上差别很大。一个思路是先做386486,一步一步地跟踪,这种思路看起来风险小,实则风险很大。除了某些特殊部门有需求,现在在市面上卖386486微机,即使1000元一台恐怕也难有人问津。另一思路是一步到位直接攻最高档的CPU芯片,取代IntelItanium及其后续芯片。十几年的历史已经证明,做与Intel兼容的芯片与Intel正面竞争,困难很大。而且未来5-10年,Wintel联盟的垄断地位将会打破。用户端使用的上网设备不一定是PC机,新的上网设备(Internet Appliance)为CPU提供了新的发展机遇。因此,我们认为CPU应另辟蹊径,在计算机、通信和信息家电的结合找新的出路。起点要高但一定要面向市场,衡量CPU研制是否成功不是看多少位、多少门或每秒多少次计算这些枯燥的数字,而是看销售量和市场占有率。5年后祖国大陆有几百亿美元的芯片市场容量,满足祖国大陆市场就有足够大的舞台供我们施展才华。当然占领了祖国大陆市场也就有条件占领世界市场。

Linux的出现使占领操作系统市场出现了新的希望,但目前基于Linux的服务如何才能赚到钱还没有形成公众接受的经营模式。尽管Linux要成功尚有一段艰苦的路要走,但嵌入的操作系统(不管是不是Linux)肯定会有更广阔的市场,值得我们去努力。祖国大陆的软件业如何才能大发展已经在行业内一次又一次地讨论,从选择增值环节的角度看,笔者认为应高度重视行业大型应用软件开发。高档服务器在一个行业的推广往往决定于某一、两个垄断性的大型应用软件,银行、民航、石油等行业都如此。要想计算机真正变成第一生产力,高技术真正带动传统产业发展,必须下大力气开发大型行业应用软件,每一软件必须有数千万元甚至数亿元的投入,而且要组织产、学、研的大联合才能完成,小打小闹无济于事。

2) 如何凝聚一流高技术人才

发展高技术要靠一流高技术人才这已成为共识,但一流的人才需要一流的工资与报酬。这几年,祖国大陆计算机行业技术人员工资上涨幅度可能超过了计算机行业营业额和利润的增长幅度。祖国大陆科研单位与高技术企业必须有外国大企业一样的实力才能争取到一流人才,这就成了蛋与鸡的死循环。进入WTO以后,人才竞争局面还会更加严重,有什么办法摆脱这种困境。

中国科学院这两年实施的“百人工程计划”(200万元科研经费10万元年薪)在计算机领域看来不奏效,国外一流人才的身价远高于这一价格。我们不得不冷静地思考,今后是再提高价码吸引个别尖子人才还是从经济生态和系统工程的角度换一换思路,找一条比较符合国情的聚才育才之路。

用生态的观点看,所谓一流人才好比生物上的优良品种,而优良品种往往有一定的地域性,换一个地方未必优质高产,人才也一样。也就是说外国的一流人才未必个个都是中国的一流人才,愿意致力于中国富强、愿意造福于中国的广大老百姓恐怕应该是中国一流人才的基本素质。硅谷高技术企业作为当今世界人才市场最大的买方,有其一套人才需求的标准,祖国大陆作为另一个人才买方市场,如果标准与硅谷完全一样而价码远低于硅谷,找不到人才卖方是不言而喻的事。

我们应根据祖国大陆的“生态”环境,定义自己需要的一流人才的标准,而我们吸引人才的条件对这一群人有吸引力就有可能得到我们需要的人才。肯定有人会说,这是降低标准,只可能吸引二、三流人才。笔者认为现在下这种结论也许太早,计算机的人才是多方面的,不仅需要非常聪明的人做一些算法研究,也需要工程组织能力强的人指挥大的研发工程和产业工程。对于目前的祖国大陆,也许后一种人才更需要。而且对高技术学科而言,个别尖子人才固然重要,一流的团队更宝贵,我们更需要下大功夫培育合作精神强的一流团队,这些团队中未必需要个个是一流尖子人才。

实际上,影响我们吸收一流人才的障碍不完全是待遇低,有没有世界一流的研究课题,有没有民主、开放、宽松、易出成果的科研环境,有没有尽量减少后顾之忧、高效率的科研体制等等是一流人才是否愿意加盟的关键,我们必须尽力改善自己的“生态”环境,让尽可能多的“优良品种”能够在我们这片土地上生根发芽、茁壮成长。在国外人才目前主要是回国自己创办公司的大环境下,祖国大陆科研单位在积极争取国外优秀人才的同时,应特别注意在国内发现人才、培养人才。对一个科研单位来讲,最可怕的不是有一些工作人员出国,而是看不到身边的优秀人才,使他们被埋没而造成的隐性“流失”。

3) 如何组织力量做大的科研项目

科技是第一生产力,那么什么是科技生产力的生产关系?显然,科研的管理是最影响科技生产力的生产关系。90年代以来,祖国大陆科研部门采取类似农村“包产到户”的方式组织科研,造成了今天“人自为战,组自为战”的松散局面。低水平重复现象十分严重,国家的科研投资有不少浪费。而且,祖国大陆的科技计划层次过多,从自然科学基金、攀登计划、973计划、863高技术计划、攻关计划、成果产业化基金等等,几乎每一计划都希望有看得见的经济效益,因此众多计划研究的内容十分接近,往往一个课题组同时申请几个计划的资金支持,实际上是干一件事。由于覆盖范围太大,绝大多数项目的投入资金都不足。这种撒胡椒面的方式只会导致广种薄收,很不适于做需要高投入的高技术研究。近几年极少数重点高技术研究项目的投入有所增强,但总的来讲还是偏低。十五期间,国家总的科研投入明显提高,如何组织不同单位的科研力量集中完成一些具有战略意义的重大科研任务已成为我们面临的一个大问题。

在市场经济条件下,难以采用做“两弹一星”时行之有效的行政命令方式组织力量,必须在公平竞争的前提下优化组合资源,但政府的引导与组织作用仍不可忽视。863计划的成功实施已证明专家组决策领导机制是成功的,但由于高技术发展很快,专家脱离第一线两、三年就很难保持专家地位。因此,除了高层的战略型专家和工程负责人外,一般的专家组成员最多工作两届就必须更换。对于内部配合较密切的高技术研发任务,不宜分散到各个单位去做,祖国大陆应建立具有一定人才与技术体量的研发基地。 

4) 如何缩短从高技术科研成果到市场的技术转移时间。

科研与经济两张皮问题不只是计划经济时代留下的顽症,而且与上千年的小农经济的封闭思想文化传统有关,极难根治。国家已采取许多措施,如242个部属部所转制为企业、产学研联合等,尽力克服这一阻碍科技与经济发展的制约,但与先进国家相比,我们的差距仍然很大。笔者认为,解决这一顽症的关键不是在所谓“成果转化”而是科研选题和对科研任务的目标要求。即使是需要3-5年的高技术研究,也应当分析将要突破的新技术未来走向市场时有无竞争力,对每一项成果的推出时间与成本应有严格要求,不能做不计成本的样机,待所谓成果转化时再做一次降低成本的开发。总之,一项新技术推向市场的时间是成功与否的关键因素,开发者必须牢记在心并且反映每一步行动计划上。

祖国大陆技术成果多,但真正能变成钱的技术并不多,其中一个原因是过去的评价标准过于学术化,对一些单项指标看得太重,忽视整体上的技术先进性。对高端计算机而言,祖国大陆新闻媒体和各级领导部门最关心的只是峰值计算速度,学术圈内(包括许多鉴定会评委)可能最关心Linpack速度和效率。实际上,峰值速度并不反映真正的技术水平,许多非性能的因素,如高可用性、易用易管理性等包含大量先进技术,近年来国外大公司的开发重点也转移到这些更受用户关注的技术上。邓小平先生曾告诫我们要注意克服形式主义,十分发人深省。形式主义在科研工作中的表现之一是把复杂的技术评价标准简化为几个枯燥的数字,而不关心数字背后有什么,更不关心无法用数字表示的重要内容。如果继续让形式主义泛滥,我们在高技术产业化方面就难以有所作为。

 

2001年)

 

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