梅宏—黃罡團隊“雲—端融合項目”獲國家技術發明獎一等獎——

一項連通信息孤島的變革

趙婀娜

2019年04月14日08:16  來源:人民網-人民日報
 

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在不改造原有系統的情況下,把信息系統彼此連接,實現不同數據的共通共融

打破信息孤島是一個世界難題。

隨著信息技術20多年的網絡化發展,新需求不斷產生、技術不斷演進和升級換代,再加上其他人為的因素,越來越多的信息系統成為孤島。這給信息共享和數據的深度挖掘帶來諸多不便,也讓信息化發展面臨阻礙。

在不改造原有系統的情況下,把信息系統彼此連接,既能維持原有系統的穩定和安全,又能讓連接信息孤島的成本大大降低,實現不同數據的共通共融——這是北京大學梅宏院士和黃罡教授團隊“雲—端融合項目”的研究思路,該成果榮獲“2018年度國家技術發明獎一等獎”。

這一項目被同行譽為“顛覆式重大發明和創新”。

成果獲專利普通(非排他)許可費9500萬元,創下中國高校信息領域之最。其研發的“燕雲”平台,在政府數據開放共享、互聯網+政務服務、政務信息系統整合共享等領域均發揮了重大作用。

更為重要的,該成果突破了國際上傳統的通過中間件實現信息系統連接的思路,另辟蹊徑、自主創新,這也是我國科學家在信息領域擺脫“路徑依賴”,完成從跟隨到原始創新跨越的一個成功案例。

從“白盒”到“黑盒”,不僅是顏色的變化

推動技術融合、業務融合、數據融合,打通信息壁壘,形成數據共享大平台,構建全國信息資源共享體系,這是通過大數據提升國家治理現代化水平的必然要求。

但是,如何打通信息壁壘,讓數據真正融合起來,形成數據共享的大平台,對於我國信息領域的工作者來說,是任務,也是難題。

“這工作就像‘老城改造’”,在北京大學理科一號樓信息科學技術學院辦公室內,梅宏院士用一個簡單的類比給記者做解釋,“就像把各種來自不同廠商的電器連接起來。”盡管過去幾年已先后擔任上海交通大學和北京理工大學的行政職務,在北大學習工作多年的梅宏依舊與北大的核心研究團隊保持緊密聯系,“雲—端融合項目”的研究也是在這裡持續推進。

按照國際傳統思路,要先做一個採用某種“插座”標准的“接線板”(即中間件),同時公布一個接口標准,隨后各自的系統按照標准進行內部改造,從而形成連接,這種思路也被喻為“白盒”思路。按此思路,每一個系統的二次開發、二次改造,工作量很大,改造過程中也可能引入新的錯誤或安全風險。

與之不同,梅宏—黃罡團隊採取了另一種思路——不變動原有系統,通過客戶端驅動的軟件資源反射機制自動重構系統體系結構和數據訪問接口,從而實現連通。就像一個城市擬新建地鐵,不再需要開膛破肚地把馬路挖開,影響沿線工作和生活,而是採用“盾構機”,在隧道中掘進的同時,鋪設好地下管道,然后實現城市交通各集散點的地鐵連通。

這是效率的重大跨越!也被喻為“黑盒”思路。

這種此前國際上從未有過的新思路,最終成為在大數據時代解決數據共享問題的利器,通過“黑盒”方法,數據開放效率平均提升兩個數量級。這意味著,運用該項技術,連接信息孤島的成本降為原來的1%。

以“電子政務”建設為例,過去建設過程中要完成所有政務數據的共享融合,需要以“白盒”方式連接原有的政務信息系統,這就需要協調整合不同部門、不同系統以及不同系統的開發商,工作量龐大。但使用“黑盒”技術,僅需獲得某系統的合法訪問權限,就可以重建這個系統的數據訪問接口,省去了協調、改造等諸多繁復的程序。

這是一次了不起的變革和提升!

堅持原始創新,堅持做有用的研究

“黑盒”技術是整個團隊“十年磨一劍”的產物。

“最開始,只是出於好奇”。相關研究從2007年就已起步,但當時還停留於被動跟隨國際上主流的“白盒”思路。日復一日,由於“白盒”方式的龐雜與繁瑣,讓梅宏漸漸對“黑盒”思路萌發了興趣,這也是“無心插柳”的第一步。

“日后回想,這種‘無心插柳柳成蔭’的結果是符合科研基本規律的。”談及科研的原動力,梅宏有感而發:“目的性”很強的研究往往難以實現重大原始創新,多隻在前人成果的基礎上實現一定程度的改良。這給我們帶來一個啟示,要淡化功利、淡化目的性,要大膽想象,要敢於跳出思維的束縛,努力擺脫“路徑依賴”。

當然,即便是“無心插柳”,也不能僅靠靈光一閃。思路的轉變意味著科研方向的整體轉變。在梅宏看來,“想到”與“做到”有著同等重要的意義。

“黑盒”技術的門檻很高,但不是不可為,實現的前提是要對計算機系統運行原理及其軟件棧都很熟悉,這就要求團隊真得“做到”。

經過反復探索、實驗,“想到”也“做到”了。但讓團隊始料未及的是,技術推廣應用又成為難題。

團隊曾做了很多嘗試。一開始試圖將技術用在軟件系統使用培訓方面,通過把操作軟件系統的軌跡記錄下來,以后通過回放,幫助人們學習使用新軟件。后來又做過異構雲的統一管理,通過體系結構恢復和接口重建,把採用不同廠商的雲管理平台構建的數據中心連通起來,實現統一的資源管理和調度。還做過對已有信息系統針對移動終端、桌面等不同終端設備的用戶界面適配。

這些早期的技術應用效果雖然很好,但最終都因為沒有足夠大的市場而告一段落。對此,梅宏很理智,也很淡然,“技術大規模應用,必須有合適的應用場景,著眼於解決實際問題。”

后來,大數據熱潮帶來的數據共享開放需求為這一項目帶來了市場前景,“大數據時代,隻有多元的數據相互碰撞,才能產生最大的價值。” 這是梅宏對“大數據”內涵的理解。特別是政務數據共享開放為技術成果應用提供了時代機遇。到目前為止,該技術已打通國家部委、各省市6000多個信息孤島,為政務信息系統的互聯互通和數據共享提供了高效支撐。從四川崇州的綜合執法到貴州的精准扶貧,從浙江的“最多跑一次”到貴州的“萬企融合”,大數據的應用場景越來越廣泛,打破信息孤島的數據互操作技術的地位也日益凸顯。

“在技術學科,我們要做有用的研究”,這是團隊一直堅持的理念。“技術學科做科研的目的應該是幫助人類解決問題。而現在一些科研項目的成果卻隻看重論文。論文只是成果的一種表現形式,而不該是根本。”科研評價標准的優化、學術風氣的端正,是根植梅宏內心的期望。

“萬物數字化、萬物互聯的時代正在開啟。”梅宏表示,隨著信息技術的不斷發展和信息化的不斷深入,未來將形成人—機—物連接、融合的世界。數據量將持續保持高速增長,大數據帶來的新的科研命題也將不斷出現。

在師道傳承中抓住機遇

梅宏是一個傳承者。

這次獲獎的團隊傳承於楊芙清院士在北京大學創建的軟件團隊,作為楊院士的學生,梅宏說自己一個很重要的責任就是把老師開創的事業傳承下去並發揚光大。

楊芙清院士是我國軟件學科的奠基人之一,幾十年的努力讓北大軟件學科在國內奠定了學術地位,更重要的是培養了一支很強的科研隊伍。上世紀90年代后期,在楊院士主持的國家重點科技攻關項目青鳥工程中,梅宏跟著老師做操作系統與軟件工程領域的研究,並開始接觸信息系統的互操作問題。隨著黃罡、張穎、劉譞哲等青年才俊的陸續加入,團隊逐漸壯大。

不僅是計算機事業,楊芙清質疑、開放、平等的教育觀念也深深影響了梅宏。對於培養學生,經過幾十年教學實踐,梅宏逐漸形成了自己的方法。

因材施教,是梅宏在育人過程中的首要堅持。當前社會發展變化快,學生面臨的選擇也日益多元。要啟發和幫助學生明確自身潛能和興趣所在,進而朝目標踏實前行、奮發向上。本著這樣的原則,梅宏並不會要求學生全部致力於高精尖的學術研究,而是根據每個學生的不同特點差異化培養,在平等融洽的師生關系中尊重學生天性,鼓勵學生進步。

與此同時,梅宏還鼓勵學生大膽質疑、發表不同學術意見。在與學生交流的過程中,就一個學術觀點,學生與他爭得面紅耳赤的現象十分常見。“一個方法,一個觀點,即使別人已經提出過、論証過,我們也要帶著疑問去看。我一直強調批判性思維,如果學生不能、不敢質疑我,就無法取得進步。”質疑、平等、開放的教育態度,是梅宏一直堅持的,也是楊芙清院士一直強調的。

在梅宏看來,老師的責任,就是要營造一個讓學生茁壯成長的環境。好的環境、好的土壤,才能最終成就“顛覆式發明和創新”。

(賈麟參與採寫) 

《 人民日報 》( 2019年04月14日 05 版)

(責編:易瀟、楊波)