1.“透明计算”荣获国家科技进步大奖

自世界首台计算机在美国诞生以来，冯·诺依曼结构—即“任何一台电脑都必须有存储器、控制器和运算器，信息存储和运算都在一台单机中”的存储程序式结构，一直被奉为计算机体系结构的经典。全世界的电脑不管怎么变化，台式机、笔记本、包括越来越小巧的平板，都跳不出“计算机之父”冯·诺依曼体系结构。

当今，一位中国科学家对这一经典提出质疑，并在世界上率先提出将计算机数据的储存、运算与管理分离的概念，继而提出“透明计算”理论。

今年1月9日，这位中国科学家—中国工程院院士、中南大学校长张尧学领衔的“透明计算—网络计算的模式及基础理论研究”项目，在国家科技奖励大会上荣获2014年度国家自然科学奖一等奖。

国家自然科学奖一等奖自2000年以来，曾经9次出现空缺，由此可见其分量之重，评选难度之大。“透明计算”在国际上开辟了一个全新的研究领域和发展方向，为网络计算提供了全新的模式和理论基础，具有广阔的学术和产业化前景，其被授予国家自然科学奖一等奖可谓实至名归。

2. 什么是“透明计算”？

2.1. “透明计算”概念

透明计算是一种用户无需感知计算机操作系统、中间件、应用程序和通信网络的具体所在，只需根据自己的需求，通过网络从所使用的各种终端设备（包括固定、移动的各类终端设备）中选择并使用相应服务（例如计算、电话、电视、上网和娱乐等）的计算模式。

透明计算的主要特点：

第一，存储和计算分离。把存储放到中央服务器上，计算由前端来做，用户只需要他的服务。

第二，软件和硬件分离。这点有别于PC机的一般只能运行一个操作系统，当软件平台和硬件平台分离后，能够装Windows操作系统，也能够运行Linux操作系统，而且不给用户带来更多的负担，同时还有可能运行其他系统。这就意味着，通过透明计算，我们现在用的手机和电脑里的那些软件和操作系统都放到网上去，计算机变得“又轻又瘦”。

之所以称之为“透明计算”，旨在表明这是一种新的计算服务模式：即计算成为不知不觉，无处不在、用户可控的服务（透明）。在这种计算模式下，用户在使用计算机系统时，不必考虑操作系统、中间件和应用程序，而是可以根据自己的需求，随时随地通过网络在自己的终端设备上选择和使用相关服务。就像用水时只消打开水龙头接水、而不用管水是从哪里来的一样。

简单来说，透明计算就是通过网络，把存储、运算、管理进行物理或逻辑上的分离，将应用和硬件分开，实现个人在任意地点的同一体验。用透明计算概念发明人张尧学的话说，“我们希望通过我们的研究，计算机的用户端不仅‘瘦身’了，而且能做更大的事，即通过网络无障碍获取不同操作系统的各种服务。这些软硬件、操作系统对用户都是透明，不是封闭的，所以取名透明计算。”“透明计算即自由、兼容、穿越、跨平台、打破壁垒、共应用、共操作系统。”

2.2. 透明计算系统

透明计算系统由透明客户端、透明服务器、透明网络三个部分组成：

透明客户端指透明计算系统中所使用的终端设备，如PC、PDA、智能手机、数字家电等轻权设备。透明客户端可以是没有安装任何软件的裸机，也可以是装有部分核心软件平台的轻巧性终端。

透明服务器是带有外部存储器的计算装置，例如PC机、PC级服务器、高档服务器、小型机等。透明服务器存储用户需要的各种软件和信息资源，同时还要完成透明计算系统的管理与协调，例如各种不同操作系统核心代码的调度、分配与传输，各种不同软件服务往透明客户机上的调度、分配与传输等过程的管理。

透明网络是指一种在目前常用的局域网或广域网基础上增加了特定通信协议的网络系统。这种网络系统可以基于以太网、CATV、802.11、IEEE 1394等传输系统，甚至是基于3G、4G的通信网络。透明客户端与透明服务器之间的连接由透明网络完成。

2.3. 透明计算操作模式

透明计算操作模式的主要技术特点：

1、客户机上不预置任何操作系统，但用户可在执行时通过网络选择所需要的、并与客户机兼容的任何操作系统。

2、所选操作系统和应用并不是一次全部下载到客户机上，而是像电流一样，通过动态调度，根据客户机内存大小，采用分页调度方式，按计算需要分页下载，从而减少了客户机内存和CPU需求。

3、所有的客户机应用计算都在客户机上完成，资源和数据的存储在服务器上，这使得资源共享更加容易。

4、使用和维护分离。由于所有的资源都放在服务器上，因此，维护管理人员只需维护管理服务器即可。客户机主要提供给用户使用，使用户摆脱繁琐的操作系统安装、数据维护等工作。

按照透明计算操作模式，将来我们每个人的电脑、手机、IPAD等各种终端，可自由选择操作系统，自由选择各种功能。用户不再局限于单个操作系统。

2.4. 透明计算操作场景

“透明计算”让用户可以在终端上自由选择操作系统和应用软件，并且让计算在终端上进行、存储管理数据在服务器上进行。存储和运算分开，存储的东西，数据、程序把它放到网上，运算放在前端，将载体和用户需要的内容进行分离，不管操作系统和应用软件存放在哪里，用户需要什么服务，只要在前端提取就行了，后端则有专业人员管理。这样就在从前的计算机运算模式上，实现了时间和空间两个方面的扩展。

在中南大学与英特尔建立的透明计算联合实验室里，可以看到这样的场景：

打开一台电脑，建立一个新文档，保存到远端的“透明计算”服务器后关机。然后，打开实验室另外一台电脑，输入唯一的个人账号登录到“透明计算”服务器，轻而易举就找到了之前的信息文档，继续操作。

揣着一个装有“透明计算”软件的U盘，插入任何一台电脑，连接到自己的“透明计算”服务器上，下载自己的操作系统，就变成自己的那台计算机了。

电视机里播放的连续剧很吸引人，可这时必须出门。打开手机输入唯一的个人账号登录到“透明计算”服务器，就能在路上接着往下看了。到了房间，打开电脑登录到“透明计算”服务器，又能接着往下看。

想象一下，当你到外地出差，你在外地的计算机终端上插入一个小型的个人身份硬件卡，就可以将这台计算机终端变成你常用的那台，无论数据还是用户习惯完全一致，而当你取下这个身份硬件卡时，你的使用将不会被公用终端保存。这就是透明计算成型后的概念。

我们手机中的短信现在都是存在自己的手机上，如果把这些短信放到你服务器的个人手机虚拟机上，当你从手机上看完就扔掉，需要再查时又点一下，然后再从服务器上下载下来，就是不看短信时不在手机上，这样手机就轻载很多。还有通讯录也同样。也就是说，通过透明计算操作系统，把有关的应用和存储全部或者部分地放到后面去，使手机轻载。

预计到今年4月，中南大学“透明计算”实验室将拿出“透明平板机”和“透明手机”的设计方案。如果产业化顺利，市场上不久就能买看到便宜、好用又安全的“透明终端”了。

2.5. 透明计算和云计算的比较

“透明计算”与“云计算”有一定的相似，透明计算被国外同行称为“先于云计算、包含云计算”的网络计算模式。

透明计算的创新点在于把计算机电脑放在云中。此前，研究者大多把数据放在云中。如云计算，大家只是把数据放在别人管数据的地方，而透明计算，则是把数据放在自己指定的地方，选择权交还给用户。除此之外，透明计算相对于云计算的另一大优势是可以跨平台操作。举一个简单的例子，如果把透明计算应用到智能家居如空调、电视、冰箱等上面，我们都不需要太多的遥控器，一个就够了。

透明计算相对云计算在兼容性和用户体验上都有明显优势。目前云计算领域的虚拟桌面架构VDI以及云端操作系统ChromeOS在功能上和透明计算有一定程度的相似性。但是，透明计算在用户体验上等同于传统的OS，优于VDI；在兼容性方面，透明计算兼容各种传统OS而且还兼容Web应用，优于ChromeOS。

3. 透明计算的三个重大技术突破

3.1. 超级操作系统—透明计算的重大技术突破之一

透明计算的核心是超级操作系统（MetaOS），透明计算在传统操作系统和底层硬件芯片间设计出了全新概念的超级操作系统。它是一种在其他操作系统之下的管理其他操作系统的操作系统。张尧学把这个超级操作系统比喻为管理“九龙治水”的“龙王”。它管理其他的操作系统，同时也构建了一个可以兼容、共存的操作系统。

它管理操作系统，也管理资源，它管理软件资源比原来的应用程序要多。同时它也管理硬件资源，甚至把机器和机器之间的比如网络上的缓存区带宽也进行管理。它运行在裸机和传统操作系统之间，能够同时管理多个传统操作系统，同时兼容各种终端设备。

超级操作系统解决了当前软硬件系统相互捆绑、严重依赖所导致的封闭化问题。通过这个超级操作系统，用户可根据自己的需要，凭借近乎裸机的小终端设备获取不同操作系统平台的各种服务，大大降低了对用户终端的要求。这就从时空两个维度扩展了传统的冯诺依曼结构，打破了操作系统和硬件间的捆绑关系，也打破了企业产品的垄断局面，用户可自由选择各种软硬件服务。

举例：我们的单位电脑、手机和家庭电脑，操作系统不同，只要都安装了MetaOS，就可以在不同地点用这三个终端工作。各种应用软件将像水一样，用时加载，不用时"流走"。最重要的是安全，MetaOS会有一个你的专属密码，别人获取不了你的任何信息。

3.2. 流式计算—透明计算的重大技术突破之二

相对于传统的网络计算理论冯 诺依曼结构，透明计算有了大胆的时空扩展，把冯 诺依曼提出的存储计算扩展为流式计算。

流式计算是存储计算的扩展。相比存储计算，它的一大优势是，除了一点点数据、程序之外，其余的东西我们可以放在我们认为合适的地方。不仅是数据可以不在身边，程序也可以不在身边。终端上只要有个虚的图标，我们需要什么服务，它们就象水、电等资源一样，在需要时源源不断流向用户供其使用，并且在使用完毕后流走，保证小终端轻便，为简易化操作提供支持。“就是像水流一样，不占用空间。”张尧学解释。

“流式计算”能实现“裸机终端”——只有硬件，没有软件，所有软件保存在用户的透明服务器上，根据用户的需要随时“流下来”进行操作，用完后随即“流走”，大量节约了终端内存和用户的维护时间。因为一个轻巧的“透明盒子”取消了巨大的主机，透明计算的实际运用还能节约大量成本。比如一个拥有3000名员工的大公司，只需20台左右的透明服务器就能运行3000台电脑，每个人只需要配备一个小小的“透明盒子”就行。

用一个形象的比喻：如果把计算机当作一位旅客，“运算”当作衣服，外出旅行时，旅客就要将所有需要的衣服装进相当于计算机存储器的“旅行箱”里。可常让人为难的是：随着所需衣服数量的增多，旅行箱会越来越重。此时，如果出现一位“旅行助理”，每当需要时他便把合适的衣服送来，这样，旅客就可以“甩掉”沉重的旅行箱了。

“透明计算机”就相当于这个没有负重的旅客。也就是说，未来，我们的手机、电脑等终端将成为真正的“裸机”，相当于一个界面，而操作系统和服务都将被加载在服务器上。这也意味着，在这种模式下，操作系统被视为一种网络资源从终端“剥离”，计算机的“大脑”被推送到了“云端”。

3.3. 底层设防—透明计算的重大技术突破之三

一般来说，设计病毒程序是从计算机的底层入手，打开操作系统的后门，将病毒渗入，而原来的防病毒程序都是在计算机的高层，即在操作系统以上设防。透明计算一反常规，将网络互连平台由较高网络层下降到计算机芯片和操作系统间的接口层，打开了被国外厂商控制的芯片与操作系统间的“黑匣子”，在接口层设计保护程序，防止上层软件系统受到攻击和安全漏洞威胁，从而解决了信息网络的安全问题。这种从计算机系统底层寻求安全保护的方法，创新地改变了计算机领域近70年的固有思维和产品结构模式，不仅能防止世界上各种现有的病毒，即便产生新的病毒也可防患于未然。

“以前，也有研究者想到要控制操作系统的安全问题，但是没想到具体做的方法。我只是换了一个思路，由高层转向底层来做，相当于在原有系统之内再加一道‘门’。只要看住了这个‘门’，不管是‘谁’来了，我们都能在第一时间得到信息，快速做出预警措施。”张尧学如此解释他独辟蹊径的解决方式。

4. 世界影响力：透明计算将引领下一个计算时代

迄今为止，全世界的电脑不管怎么变化，都跳不出“计算机之父”冯 诺依曼体系结构。由于把软件和硬件捆绑在一起，人们想让电脑干活又多又快，就得在电脑里不断扩大储存和运算的“仓库”，好让各种各样的软件“住进来”。这样下去，尽管每个用户的电脑越来越高级，管理成本也越来越高，却依然享受不到所有想要的服务。更何况，单机再强也有极限。

“透明计算”突破了传统的冯 诺依曼结构的束缚，为计算机技术开辟了一个全新的研究领域和发展方向，为网络计算提供了全新的模式和理论基础。

ACM Fellow，P2P创始人之一、美国卡内基梅隆大学教授张辉高度评价： “透明计算取代已经控制了计算机系统思想和实践至少60年之久的传统冯 诺曼依结构。 ”

透明计算终于令世界强烈地感受到了中国人在计算技术领域的强力突破。这一理论突破在国际学术界和产业界产生巨大震动，论文不断被转载和引用。目前，国际上已有30多所大学和科研机构进行跟踪研究，200多家主要国际技术媒体进行长篇报道和评论，这在信息领域极为罕见。国际第一本云计算杂志还出版了透明计算专辑。美国几乎所有的主要技术媒体全部都出了评论，这是很少见到的，而且是长篇评论，用的题目都是：“中国人把操作系统送到了云上”。

在产业界，英特尔公司从2007年起，成立专门研究队伍持续研究并大力推广。现在惠普、IBM等计算机领域跨国集团也已开始关注和研究。英特尔高级副总裁詹睿妮评价：“透明计算将引领下一个计算时代。”

5. 透明计算将成为国之重器

5.1. 透明计算的重大意义

透明计算的意义主要体现在三个方面：

第一，透明计算是首个由中国推动的计算技术。在世界计算机研究领域，第一次出现由中国科学家原创成果引领研究方向的潮流。与“云计算”的舶来品身份不同，透明计算却是地道的“中国货”。多年来跟着国外走的中国IT行业，有望在透明计算时代实现领跑。

第二、透明计算是实现信息安全的利剑。透明计算将网络互联平台由较高网络层下降到计算机芯片和操作系统间的接口层，打开了被国外厂商控制的芯片与操作系统间的“黑匣子”，它还能在接口层设计保护程序，防止上层软件系统受到攻击和安全漏洞威胁。

“国内目前所使用的CPU大多是国外做出来的，所以目前我们使用的电脑到底安全不安 全，我们自己是不知道的。”张尧学说，“我们虽然不知道门内是什么，但我们已经把门口给把守住了。”这种从计算机系统底层寻求安全保护的方法，创新地改变了计算机领域近70年的固有思维和产品结构模式，理论上可防御所有病毒对计算机系统的攻击。

从而解决了信息网络的安全问题，为国家信息网络安全提供了强有力的保障。

第三、透明计算将是实现物联网的最佳途径。目前制约物联网的最大问题在于各个体系的协议的兼容性。而透明计算与生俱来的目的就是实现不同终端的兼容，将有效化解制约物联网发展的瓶颈。

5.2. 透明计算的应用范围

目前透明计算操作系统已经在企业、部队、教育等多个领域广泛应用。从中南海警卫队到南沙群岛，从湘西自治州到云南山区， Trans OS已经销售了数十万套。

透明计算已应用到中南大学湘雅医疗大数据系统建设中。湘雅医疗大数据应用于跨区域跨医院跨系统就诊、个体化医疗信息安全采集和科研应用等方面，管理超过100亿条用户健康数据，实现用户隐私保护和健康数据便捷访问，将来有望分享大健康产业8万亿的年产值。

通过采用透明计算模式，中南大学和上海交通大学等相关实验室的管理与教学系统已经实现了实验室管理的便捷性和灵活性。即使在长沙，也可以做上海某个大学实验室的相关实验。

在国内产业界，透明计算也成功应用到我国大型冶金企业的工控系统与工程设计部门。如广西有色华锡集团和中金岭南凡口铅锌矿，实现了工程设计和工业控制的安全性、高维护性和高可靠性。腾讯则成功将这项成果应用于手机定位和微信等方面，创造了可观的经济效益，阿里巴巴、华为、联想等企业也已开始关注并使用该成果。

5.3. 透明计算的市场空间

透明计算终端相比于同配置的传统计算终端，具有小、便宜、无需升级等优势，随着产业化进程的深入、网络的发展以及云计算基础设施的完善，其对传统计算机终端设备的替换将是未来的趋势。我们参考2016年智能手机、平板电脑以及PC这三个终端设备总共约6.4亿台的出货量，假设其中10%将是以透明计算终端形势出现，考虑到透明计算终端价格低于传统设备价格，我们以平均800的售价，这将是500亿级别的市场空间。

从长期看，随着网络能力的提升，物联网、云计算、透明计算的发展趋势将不可逆转，传统的操作系统、软件、硬件的边界将被逐步弱化。尤其是物联网的发展，将使得未来终端设备数量数倍于当前终端设备数量。透明计算将凭借良好的兼容性、扩展性成为物联网时代的标准操作系统，完成对传统操作系统的替代，从而实现我国操作系统信息安全的自主可控。从信息安全的角度，甚至可以认为一旦技术成熟，政府有动力将其作为新一代操作系统标准来进行推广。

6. 重点推荐公司

透明计算是中国科学家对当前世界主流计算模式的革命，具有重大的划时代意义。这一重大技术革命将开辟一个新的计算时代，并有可能开创一个全新的产业，建立新的产业链。

透明计算目前处于产业化的萌芽阶段，其产业链有望包括透明计算操作系统、透明计算终端设备、透明计算服务器端（可以认为是云端）和透明网络。我们认为拥有前端VDI产品技术、销售客户和云端运营中心的公司在未来透明计算时代将具有先发优势。同时在发展初期，政府的推广以及扶持将具有非常重要的作用，尤其是考虑到透明计算独具的信息安全特点，在某些保密性要求高的单位进行优先推广的可能性很大，具有政府背景的云计算产业国家队将享有政策上的优势，同时拥有信息安全技术以及客户资源的企业也具有一定的优势。按照这一逻辑，我们重点推荐中科曙光、浪潮软件、天玑科技，建议关注华胜天成、中国软件、卫士通、东方通等。

6.1. 中科曙光

中科曙光是国内高性能计算领域的领军企业，亚洲第一大高性能计算机厂商，2009-2014年连续6年蝉联中国高性能计算机TOP100排行榜第一。公司的硬件产品、解决方案、云计算服务已被广泛应用于政府、能源、互联网、教育、气象、医疗及公共事业等多个领域。凭借多年在高端计算领域的技术积累，公司正在逐步从“硬件提供商”向“云计算服务提供商”迈进。

公司的虚拟桌面云解决方案包括高校虚拟桌面辅助教学解决方案、CloudDesktop、远程3D虚拟桌面及移动办公解决方案和高校虚拟桌面辅助教学解决方案，典型客户包括华北电力大学桌面虚拟化项目以及琼州学院公共云服务平台等。

公司还和国内云桌面厂商建立战略合作关系，共同开发桌面云市场。2014年12月12日，公司和中国自主桌面云领导厂商北京云端时代科技有限公司建立战略合作关系。双方联合打造的云计算整体解决方案完美落地黄淮学院，成为目前河南省高校第一个对外服务的云计算中心。

6.2. 浪潮软件

“云海战略”是浪潮集团于2012年提出的全面进军云计算市场的战略，将着力“行业云”，遵循开放标准化的技术路线，重点发展高端服务器、海量存储等云基础装备和云计算操作系统，成为中国领先的云计算基础架构供应商。浪潮云海是第一款国产的云计算中心操作系统，支持“云计算+云存储”整体架构，领先于当前其他厂商“云计算+SAN存储”的方案，性能更好、可用性更强、成本更低。

浪潮云海桌面云一体机已经成功通过VMware vSAN官方认证。由此，浪潮成为全球第五家、国内首家通过此认证的云计算厂商。浪潮桌面云方案将用户的日常办公的桌面通过虚拟化的技术放置到云端。用户可以随时随地通过任意设备访问用户桌面，从而提高了用户的办公效率；将用户的桌面统一放置在云端，管理员可以对用户桌面进行集中管理、分发和维护，从而增加了管理员对用户的IT管控。基于不同行业特点，浪潮分别推出了政府、石油等多个行业桌面云解决方案，其产品在多个行业得到广泛应用。典型客户，借助浪潮桌面云解决方案，山东省水利厅已完成“金水工程”一期建设并顺利通过验收，实现了水利数据资源共享存储、集中交换和综合服务。

6.3. 天玑科技

依靠公司传统第三方服务积累的客户资源，以及对客户需求的深入理解，公司积极向互联网、云计算领域转型，陆续推出数据库云平台和数据库一体机PBDATA等具有自主知识产权的核心产品。同时，公司推出的“桌面云整体解决方案”，以自主研发的虚拟化管理技术为核心，提供包括终端、网络、以及服务器在内的完整的桌面云解决方案，在降低终端管理负担的同时，有效地提升了设备使用和管理的安全性，帮助用户同时实现成本、效益、安全的多重收益。在进行“玑云”桌面云整体解决方案的项目实施过程中，公司将IT咨询、IT规划、IT部署、IT实施、IT维护等一系列服务以菜单方式呈现给用户，而与IT软件、IT硬件等投资“打包”后，天玑科技所提供的桌面云整体解决方案真正成为“一站式”整体方案，无论从性价比还是实用性上，都具有突出的优势。

6.4. 华胜天成

公司是中国第一家服务网络覆盖整个大中华区域及部分东南亚的本土IT服务商，同时也是国内首家全面通过ISO9001、ISO20000、ISO27001三大国际质量管理体系认证的公司。通过十余年的发展，公司业务已经涉及云计算、移动互联网、物联网、信息安全等领域，并在电信、金融、邮政、教育、制造、能源、交通、政府及军队等领域拥有大量成功案例。天成云桌面云解决方案结合了硬件和软件的虚拟化技术，专门用于把标准的硬件和软件的运算资源集合成一个动态的大资源池，并在部署最终用户使用的虚拟桌面和其它业务应用系统。公司可以为用户提供虚拟桌面间解决方案的端到端服务。主要包括：用户访谈和需求澄清、系统详细设计、系统部署和方案实现、长期的系统维护及技术支持。

6.5. 中国软件

公司是我国国产基础软件龙头企业，尤其是在操作系统、数据库等领域具有核心战略地位。红云平台是中软红云计划的核心产品，红云平台采用开放式的架构设计，集成业界先进的云计算相关技术，为政府与企业用户提供一体化、可管可控的云计算平台，让用户能够轻松的构建、部署和管理云服务，对外提供按需、可控、弹性的IT服务。中软红云安全桌面云是中软红云平台的虚拟桌面解决方案，以安全办公等业务为目标，在数据、终端、网络和云端进行了全方位安全设计的软硬一体化桌面云解决方案级产品。中软红云“安全桌面云”解决方案，整合了可信管理、补丁管理、终端统一管理、软件分发管理，运行监控和失泄密防护等多种技术，从物理层、虚拟化层、应用层、网络层与接入层保障系统的“一体化”安全，满足“终端不留密，业务更安全”的需要。

6.6. 卫士通

作为A股唯一的信息安全国家队，公司在云操作系统、云管理平台、云安全体系方面进行了深入的技术研究和产品开发，推出了安全桌面云这一基于云计算、虚拟化和密码技术的全国产化IT解决方案，客户可以方便的实现业务数据大集中、数据的高安全性、应用系统高可靠性以及IT系统的管理等目标。公司的安全云桌面产品有望在政府军工等保密性要求高的企业得到应用。

6.7. 东方通

公司是国内中间件龙头，打造云计算PaaS平台-TongApplaud，为企业级云计算中心建设提供完整的PAAS平台整体实现。公司通过收购同德一心进入服务器虚拟化市场，积极向云计算整体解决方案提供商转型。同德一心是全球领先的虚拟化、云计算提供商之一，同时也是国内第一家最早专业从事服务器虚拟化软件以及云管理平台系列软件研发的公司。核心产品oCloud-奥云虚拟化平台奉行自主创新的原则，拥有多项专利技术，产品的稳定性、可靠性以及部署的先进性得到用户的广泛认可和信赖；同时填补了国产服务器虚拟化软件领域空白。oCloud包括奥云虚拟化平台、奥云云桌面、奥云云管理平台以及奥云分布式存储，其客户遍及政府、教育、电力、通信和军工等单位。