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面向AIoT,“信息高铁”想做更“多”
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7月31日,由中国科学院计算技术研究所(以下简称中科院计算所)主导建设的“信息高铁”率先在江苏盐城落地。作为“信息高铁第一站”,中科院计算所与盐城市政府在盐城国家高新技术产业区举行了简单而不失隆重的启动仪式。

这是“信息高铁”的概念第一次公之于众。“以前都是在我们学术圈子里谈,或者向上级单位领导解释它的涵义,接受你的采访是第一次系统地对外讲述‘信息高铁’的概念。”中科院计算所所长、研究员孙凝晖在接受《中国科学报》独家专访时表示,建设“信息高铁”网络是中科院计算所牵头筹建“中国科学院网络计算创新研究院”的宏观目标,旨在推动建成“满足5G及智能万物互联(AIoT)时代新需求、适合我国国情的新增信息基础设施”。

从字面上看,“信息高铁”是在IT基础设施层面提出的新概念。在已有云计算、超级计算中心等IT基础设施的基础上,为什么要建设“信息高铁”?“信息高铁”具体是什么样?“信息高铁”将给“乘客”带来什么?在专访中,孙凝晖做了系统性的解读。

区别于“信息高速公路”

1992年,美国政府宣布实施一项新的高科技计划“国家信息基础设施”,旨在兴建信息时代的高速公路——“信息高速公路”,这在后来产生了比工业革命更为深刻的影响,促进了互联网的普及和繁荣。

“信息高铁”与“信息高速公路”有异曲同工之处,但又有所区别。

“‘信息高铁’不是一个学术名词,它有点‘蹭’高铁的热度,但又跟高铁有紧密的关系。”孙凝晖告诉记者,“信息高铁”与“信息高速公路”最根本的区别,可以用两个关键词概括:高通量计算、高品质服务。

孙凝晖介绍道,简单说,高通量计算追求的是“又快又多又稳”,高品质服务则追求像高铁一样有保障的计算和网络。

“目前我们正在进入以‘物’为中心的IT3.0时代。”孙凝晖解释说,在IT3.0时代,以5G为核心支撑的万物互联所产生的巨大数据量,对计算的并发度和实时性等都提出极高要求,仅靠现有计算设备的堆集难以解决上述问题。

万物互联时代的数据中心需要“算得多、算得快、算得稳”的新型计算设施,而这正是“信息高铁”的目标。作为其核心技术之一,“高通量计算”具备高并发、低延迟、高确定性、高能效等特点。孙凝晖说,高通量计算追求的是“同等时间内服务器处理数据量的多少”,这使其以巨量的信息处理能力支撑起新增的千亿级终端及海量的信息处理请求。

最适合中国国情的IT基础设施

过去我们对计算和网络提得最多的要求是“快”,比如希望网速快、计算速度快等,但在万物互联时代,“多”的需求特征凸显。从汽车到路灯,从手机、平板到智能玩具,未来智能设备将数以万亿计,因此,未来的IT基础设施须支撑“多”的需求。

高通量计算的技术核心是“体系结构级的数据流思想”,强调高通量、强实时、低延迟以及易扩展等特征,天生适合“吞噬”海量大数据。然而“数据流”并不是计算机体系结构中的热门,其原因之一就是之前一直没有找到好的应用场景。而5G及AIoT开启的万物互联时代,在中国恰恰提出了“多”的问题。

“发达国家没有遇到那么严重的‘多’的问题,或者它们能够以超额供给的方式解决问题。但在中国,我们目前没有这种条件,这给高通量计算提供了开花结果的机会。”孙凝晖对记者说,“信息高铁”强调以低成本的数据处理方式解决大规模并发计算问题,恰恰与我们的国情息息相关——让我国“一个都不能少”地进入AIoT为主的信息社会。

“我国在上规模的产业中还是有机会的。”孙凝晖说,就像高铁面向更多人更高密度的出行一样,信息高铁本质上也是为了更好地解决“多”的问题——只有中国才能提出这样的问题。

构建“信息高铁”技术体系

信息技术领域特别是在网络和计算方面,“卡脖子”难题频现。但现在许多做法,比如研制替代芯片、软件等,仍然只停留在“解燃眉之急”层面,难以“除心腹之患”。孙凝晖认为,在旧有技术体系下,永远要被牵着鼻子走;要改变现状,必须有自己的技术体系。

“网络技算创新研究院的目标也是希望建立‘信息高铁’的技术体系。”孙凝晖告诉记者,“信息高铁”在内容上与“信息高速公路”相互兼容,但其内在要求是建立一个自主的技术体系。

在他看来,在互联网和移动互联网时代,中国的机构企业多数只是在全球化链条中间从事某一个环节,并未能跳出别人构建的技术体系。但在AIoT市场,中国用户多、场景多、产品品类丰富,在“多”的应用需求下,中国有机会和优势打造自己的技术体系。

“信息高铁”技术体系的突破口,是“两个铁轨、四节车厢”。

孙凝晖介绍道,两个“铁轨”分别是指一个骨干网、一个接入网。它们由可编程的软件定义网络构成,通过“超级基站”,可满足无线接入、多模态统一接入等要求。“比如手机、卫星、5G、WiFi网络连接可以自由切换”。孙凝晖说,希望未来这一功能能通过一台基站设备、一套网络协议实现。

“高通量计算机”则是“信息高铁”要搭建的“四节车厢”中的关键一节。此外,还包括通用大数据引擎、智能超算以及包含有“人—机—物”融合软件的物端计算机系统,它们将与超级基站共同构成完整的支撑端、网、云、数、用五个层次的新一代信息基础设施。

孙凝晖透露,盐城高通量数据中心,连同中科院计算所正在珠海投建的智能超算设施以及在中科院网络信息中心建设的超算系统,将成为“信息高铁”数据引擎的三大要素。“这些要素有了以后,我们会连接成为一个‘信息高铁网’,通过带动一些应用示范如5G应用,‘信息高铁’就初具雏形了。”

“信息高铁”十年后见规模

“两个铁轨、四节车厢”,每个要素都需要芯片等硬件支撑。因此,有了“信息高铁”,这些装备和芯片都会被放在一个技术体系之中使用。在这套自主的生态和体系之中,芯片被“卡脖子”的问题就迎刃而解了。

不过,孙凝晖表示,构建“信息高铁”技术体系,需要一个长时间的生态培育过程。

“现在5G和AIoT毕竟还在路上,说得多、做得少,所以第一步是要通过‘信息高铁’建设形成产业聚集。”孙凝晖说,我们感谢盐城市人民政府提供了一个做应用的机会,盐城是一个不大不小的城市,有机会打磨好“信息高铁”解决方案,把应用示范和服务做深做好。

“未来两年很重要,‘信息高铁’应用效果怎么样?要先把效果做出来。”孙凝晖说,只有第一站做出效果后,企业和机构才会逐步认可和参与,“信息高铁”才有机会拓展至第二站、第三站。

“我们希望这样去迭代,我觉得要有十年时间才能成熟。”孙凝晖对《中国科学报》说,目前,中科睿芯正在推进“信息高铁”的产业落地工作,预计到2030年,“信息高铁”将形成一定的规模。

“‘信息高铁’是一个探索性很强的事物,我们希望信息产业上下游更多创新主体加入我们,一起来吃这只‘螃蟹’。”在采访最后孙凝晖说,相信“信息高铁”未将会像高铁一样,不仅惠及中国,对全世界的IT基础设施建设也有所贡献。