中國科學院院士梅宏：信息化3.0是軟體定義的時代

梅宏認為，信息化3.0時代，企業需要管理的是海量異構的硬體資源所構成的未來，或者現在正在構建的信息基礎設施。而軟體定義的本質是通過虛擬化及其應用編程介面(API)「暴露」硬體的可操控成分，以實現硬體的按需管理。

至頂網軟體頻道消息： 2008年，斯坦福大學主導的「NSF M 的Expedition in Computing」項目，通過軟體定義的方式將傳統交換機變成OpenFlow交換機，開啟了軟體定義以前的新時代。2011年前後，OpenFlow被用於雲計算平台中進行網路管理，並被廣泛接受，這種方式被稱為「SDN」，並且在隨後的發展中，甚至可以從某種意義上說SDN重新「定義」了傳統的網路架構甚至通信產業。

但是，不管軟體定義有多強大，它的主要目的都主要是要滿足信息化發展的新要求。

6月14日，在第九屆中國雲計算大會上，北京理工大學黨委常委、副校長，中國科學院院士，中國電子學會雲計算專家委員會副主任委員，中國大數據專家委員會副主任委員梅宏發表了《信息化3.0：軟體定義的時代》的主題演講。

梅宏解釋道，所謂的信息化就是指信息技術在我們人類社會生活方方面面綜合應用的過程，隨著信息技術的發展，以及應用的深入和廣泛，我們可以看到信息化應用在技術平台、管理資源和應用模式方面都在逐漸地變化。

梅宏將我國的信息化劃分為三個發展階段：

• 第一個階段可以成為信息化1.0，這個階段主要以單機應用為主，這個階段的應用模式主要是單機處理、資料庫為中心的區域網應用，技術平台也只是單機/區域網；
• 第二個階段以聯網應用為特徵，應用模式打破了部門或組織固有的邊界，強調信息共享與系統協同的網路化應，技術平台從單機/區域網拓展到廣域網/互聯，到了後期，應用熱點演變成互聯網向移動互聯和物聯網延伸，支持系統、組織、人、物之間的廣泛聯接的深度網路化應用；
• 第三個階段，也就是信息化3.0階段，是以數據的深度挖掘與融合應用為特徵的智慧化階，這個階段的應用模式演變為雲感知的軟體服務化應用+雲計算和端計算的融，技術平台也發展為互聯網及其延伸所形成的人機物融合環境(雲+端)。

梅宏表示，在信息化3.0的環境下，軟體呈現出一系列新的特性和新的形態，即互聯網化、網路化。企業不僅基於網路進行開發，軟體也運行在網路之上，並通過網路分發出去並提供服務。同時，開發模式也形成了一種基於互用、知識驅動的向上的無序到有序的螺旋增長模型，以及社區化的組織模式。中國學者稱之為網構軟體，這種軟體具有實體的自主性，對於實體之間的協同出現的湧現性、自發性、在線的演化能力，在互聯網環境下還有可信性的要求。

這種情況下，需要硬體平台需要滿足所有軟體發展的新的需求。梅宏認為，軟體定義的本質是通過虛擬化及其應用編程介面(API)「暴露」硬體的可操控成分，以實現硬體的按需管理。具體來說，就是將計算、存儲、網路等IT基礎資源，抽象為系統軟體對虛擬資源進行管理和調，在此基礎上，用戶可編寫應用程序，訪問資源所提供的服務，進而改變資源的行為，滿足應用對資源的多樣需求。

隨著軟體定義的不斷延伸，出現了軟體定義存儲（SDS）、軟體定義計算(SDC)、軟體定義環境（SDE）以及軟體定義數據中心（SDDC）。但是，軟體定義並不是軟體用在其中，而是透過操作系統這一套的技術手段完成面向某個特定領域的軟體應用平台的構建，這些SDI的本質上都符合這兩句話，即「基礎武力資源的虛擬化、管理任務的可編程」。

信息化3.0時代，企業需要管理的是海量異構的硬體資源所構成的未來，或者現在正在構建的信息基礎設施。梅宏表示：「基礎設施需要新的資源管理機制，多樣化、領域化、個性化的管理資源需求就出現了，比如說我們規模化的資源整合，巨型虛擬機的巨型資源設備，包括現在新的NVM，各種各樣新的設備，GPU，還有各種微型化的物，比如說攝像頭、手機上的感測器等，這些都要實現統一的管理都需要透過軟體構建API的方式實現虛擬化。」

以下是梅宏院士的演講實錄：

很高興再次有幸來參加中國雲計算大會，談一談我對當前信息技術發展的認識，所以我這次用了這麼一個題目，叫作《信息化3.0：軟體定義的時代》，這裡面有兩個關鍵詞，一個是信息化3.0，一個是軟體定義。

首先講什麼是信息化3.0。我們正在進入的一個新時代，而這個時代一個很重要的特徵就是無處不在的軟體技術和軟體應用，正在定義這個時代的一切。軟體定義的時代就是說軟體定義在這個時代的重要性，也是這個時代很多的場景，我們很多的應用、產業，也都會實現軟體技術的深度應用。

信息化3.0是我們正在開啟的新一波浪潮，信息被認為是人類社會發展的第三大戰略資源，是和物資資源並列的。而所謂的信息化就是指信息技術在我們人類社會生活方方面面綜合應用的過程，隨著信息技術的發展，以及應用的深入和廣泛，我們可以看到信息化應用在技術平台、管理資源和應用模式方面都在逐漸地變化，而三個方面都呈現一定的階段性特徵，我想第一個階段是以上世紀九十年代中期為代表，此前我們的信息化呈現的主要特徵是以單機應用為特徵的數字化階段，隨著互聯網的商用，我們進入信息化第二階段，這也是我們信息化的第二波浪潮，我們進入了以聯網應用為特徵的網路化階段，我想我們現在，如果以2015年整體為代表，大數據的廣泛興起為代表，我以為從本世紀第二個十年的中期開始，我們正在進入以數據的深度挖掘和融合應用為特徵的智慧化階段。

我們來看一看每個階段的特徵。實際上第一波浪潮始之於八十年代，它是以當時的PC機進入家庭廣泛應用為標誌，開始了第一波的信息化。這時候的技術平台實際上就是個人計算機，最多到後期成為區域網，單機的資料庫，我們使用方式是客戶進入伺服器模式，點擊的應用就是部門級的信息系統，我們文檔的處理、表格的處理。我們也可以看到我們部門級系統開始都是以最關鍵的，比如說資源管理、人事管理、工資管理、庫存管理開始，應用的模式是單機處理，資料庫與中心的區域網模式。

九十年代中期，隨著美國提出信息高速公路建設，我們開啟了第二波的信息化浪潮，創造了信息技術在過去二十多年的輝煌，也快速發展。我們看到這個時候的技術平台已經從單機區域網拓展到了廣域網和互聯網，點擊應用包含了聯網式的集中電子政務、ERP、電子商務等等，而且全是全域的聯網應用，應用模式打破了部門和組織固有的邊境，強調在網路上的信息化的共享，系統化的協同，整體進入網路化應用。特別是隨著後期互聯網應用的深入和普及，人機物之間也開始產生鏈接這種深度的互聯網，這時候成為信息化2.0後期的一種重要的應用熱點。

而信息化3.0是以數據的深度挖掘和融合應用為主要特徵，我們正在進入一個智慧化的時代，這幾年人工智慧熱潮、大數據熱潮充分說明這一點，而大數據的產生作為信息技術，特別是互聯網機器延伸所帶來的這麼一個現象。一方面是摩爾定理驅動著增長，第二是移動寬待互聯所形成的人機物廣泛的互聯，技術低成本所驅動的信息技術的無處不在的應用和萬物的數字化，還有今天會議的主題，雲模式所驅動的數據的匯聚和集中，由於這些方式實現了數據的快速增長，所以我們出現了大數據。而基於大數據、基於數據分析有這麼多成功的應用案例，也激發了人們基於數據，從中間尋找規律，萃取知識，來指導我們社會實踐、工作實踐的這麼一種成功的案例，帶來了數據應用的需求，這就進入新的時代，這個時代正在開啟。

第一波浪潮的啟動帶來的還有一個很重要的標準，就是IT基礎設施的投入進入新的一波投入高峰。

在這個時代我們可以看到數據深深度挖掘和應用，互聯網機器延伸正在形成的物聯網、移動互聯網，構成人機物融合的環境，也就是雲加上廣泛的端設備所構成的網路環境。而典型的應用就是大數據應用，我們可以看到互聯網公司成為大數據應用的領頭羊，有各種各樣成功的互聯網公司所創造的大數據應用的成功案例，同時大數據應用也正在向傳統的領域拓展，為傳統的領域注入新的活力，當然我們可以看到這是正在開啟的一個時代。

我們的大數據應用還處於發展的初期，才剛剛起步。從應用模式上講，到底什麼是未來信息技術當我們這一波應用的模式。我個人的基本觀點就是雲感知的軟體服務化應用，以及雲計算和端計算，包括物聯網上的各種設備、邊緣計算等等的融合，這會是我們未來幾十年飛機重要的應用模式。剛才吳部長也提到了，雲感知的軟體服務化，我以為就對應支撐著吳部長講的雲的智能服務。

在這種新的環境下，我們可以看到軟體呈現出一系列新的特性和新的形態，當我們的軟體呈現互聯網式的結構、網路化的結構，基於網路進行開發，軟體也運行在網路之上，通過網路分發出去並提供服務。可以看到我們的開發模式形成了一種基於互用、知識驅動的向上的無序到有序的螺旋增長模型，同時社區化的組織模式，從使用上講，不求擁有隻求使用的服務華使用模式，這些都是新的特性的變化、新的形態。我們中國學者稱之為網構軟體，這種軟體具有實體的自主性，對於實體之間的協同出現的湧現性、自發性、在線的演化能力，在互聯網環境下還有可信性的要求。

隨著人機物融合的環境，軟體技術就面臨著一系列的挑戰，從軟體技術的技術體系四個主要方面來看。一個就是傳統的靜態環境下的傳統軟體正在走向開放動態環境下的複雜軟體，從開發方法來講我們滿足功能需求為主要目標，保證正確性為主線，我們現在滿足綜合需求，從應應用上來講，只凝練系統的共性，保證高效可靠的運行，需要凝練管理的共性，保證可靠高服務的質量運行。從單一的指標體系只考慮系統的使用質量，需要考慮指標綜合性的使用質量，從社會質量轉向使用質量。

在這種背景下，我們可以看到過去幾十年軟體技術發展的主要驅動力就是系統的平台化，但以操作系統為代表的系統軟體的發展，就反映基於拱形凝練和沉澱的平台化過程。大家看早期的應用系統是跑在裸機之上，操作系統的出現使得我們的計算機變成了軟體機，中間件的出現使我們可以聯網、多機協同，而同樣的雲管理平台也是這麼一個走向，我們需要構建在傳統的中間件組織上構建新的雲管理系統，而這個過程就是不斷地把應用中間的共性凝練下來，形成可以復用的資源，這些東西就沉澱為平台，開發工具和應用框架也不斷地融入運行平台，戰線出開發運行平台一體化的趨勢，這幾年講的DevOps也呈現了這種重要的態勢。這種系統平台化一直是軟體重要發展的驅動力，所以我們說在人機物環境下它的軟體平台是什麼樣，我們可以看到在互聯網上的應用，現在這種網路化的應用，應用的需求是多樣的，形態也是多樣的，而我們下面的服務資源有個人計算機、大型的計算機、手機終端，還有這麼多的物聯網上的各種計算設備，海量資源的異構性，要構建這麼一個平台，就是怎麼樣凝練這種應用的共性，把下面的東西整合起來，使得大家透過一個軟體平台完成你的工作。

進一步，由於應用需求變化平台，很多應用是在線變化的，七乘二十四小時不能停機，一直要服務，應用場景也是動態多變，我們進而就提出一個要求，這個軟體平台能不能實行按需的、靈活的、深度的、定製能力，而這種能力靠什麼東西來解決？我想軟體定義就是提供了這麼一個平台按需、靈活、深度、定製的這麼一種方式。這是我講的第一部分。

關於軟體定義，我們正在說3.0需要軟體定義。大家也知道，如果我們回顧一下軟體定義這個詞，首先是從SDN開始，它最早的源頭是2008難斯坦福大學有一個基金委的項目，在這個項目里POMI，這個項目完成了一個事情，把傳統的交換機透過軟體的方式把它變成了一個OpenFlow的交換機，把硬體的軟體設計層加上控制層，還有上面的應用層，這個結構的分層和我們計算機系統結構是非常的一致，這是它的興起，但這件事情出來以後，真正的軟體定義進入應用還是從雲計算開始，SDN是首先在雲計算平台裡面大家了成功應用。應該說在某種意義上SDN正在重新定義傳統的網路架構，按照IDC的估計，2016年全球SDN市場大概是37億美元，這是它大體上的估計劃分。

如果我們回顧來看，軟體定義的技術原理它的技術本質是什麼。本質上而言，我覺得它就和我們計算機操作系統，處理計算設備、硬體設備和上層應用的關係是一樣的，它透過一種API，對底層的基礎設施、網路設備可以進行虛擬化，進而可以進行任意的編程，在這個基礎之上你就可以實現新型的網路協議，新型的TOP結構，而不需要通過應用邏輯本身去改變網路設備本身。通過一個控制器來實現轉發的規則，通過API對相關的FlowTable編程，根據業務構建虛擬網路並實現按需的資源調度。

這個場景似曾相識，我們回過看看計算機的發展，早期的計算機就是硬體計算機，計算機操作系統的出現使得我們的計算系統能夠被各個行業當成通用的設備來使用。每個用戶看到的計算機是一台軟體計算機，是一台操作系統定義過的計算機。操作系統幹什麼？我們給一個學術的定義，它是向下管理硬體資源，控制程序運行，向上改善人機界面，為應用程序提供支持的系統軟體層。給你一個API你可以調用很多東西，操作系統越變越大，也是這麼變過來的。而操作系統的目標本質上就是要追求更為高效的，把硬體資源所提供的計算能力發揮出來，透過軟體技術實現靈活高效可信統一的虛擬資源的管理，這一直是我們操作系統發展的重要驅動力。在某種意義上也正是因為以操作系統為代表的系統軟體平台的不斷發展，帶來了應用軟體市場的快速繁榮。

大家可以試想，如果任何一個應用系統是構建在那麼多紛繁複雜的硬體設備基礎之上，構建在不同的網路提供商所提供的網路之上，你可以設想你的開發工作量是多大，你的開發複雜度多大，而這種軟體平台使得你把這些東西都可以屏蔽掉，構建一個新的平台，這是我們操作系統實現的一個新目標。

因此我們回過來看，從操作系統的角度來看軟體定義它是什麼呢？從用戶的角度，操作系統本質上就是軟體定義的計算機，操作系統定義了計算機，從軟體研究的角度，操作系統的很多技術原理，包括分層結構，實際上已經體現了軟體定義技術概念的一個集大成。所以說我的理解，軟體定義的本質是什麼？就是把原有的一體化的硬體設施打破，基礎硬體進行虛擬化，不同的硬體根據你的力度提供標準化的基本功能，透過一個可編程的流程管控軟體，來控制基本功能，提供開放、靈活、按需的智能服務。透過虛擬化及其應用編程介面，暴露硬體的可操控成分，來實現硬體的按需組合和按需管理。

基本的本質，包括存儲資源、計算資源、網路資源還有其他各種資源，我們把硬體抽象成虛擬資源，然後用系統軟體對它進行管理和調度，然後再向上提供一層API，管理任務的可編程，在虛擬化基礎之上，用戶就可以編寫他自己的應用程序。反問所有的資源提供的服務，進而改變資源的組合，改變資源的行為，滿足對資源的多樣性的需求。隨著SDN的成功，大家可以看到出現了SDS，各種各樣的軟體定義開始出現，軟體定義的存儲，軟體定義的計算，軟體定義的環境，也就說軟體定義一切，但我以為軟體定義並不是軟體用在其中，而是又透過操作系統這一套的技術手段完成我們面向某個特定領域軟體應用一組平台的構建，這些SDI的本質上都符合這兩句話，基礎武力資源的虛擬化、管理任務的可編程。

回到我們講的3.0時代。3.0時代我們需要管理的是海量異構的硬體資源所構成的未來或者現在正在構建的信息基礎設施。你看我們的雲、我們的管，到雲有各種新型的設備，我們管多網融合的複雜環境，客戶端、物聯網、互聯網，各種各樣的計算設備，還有物，甚至還有人，這麼多的資源怎麼能夠實現一個有效的管理。基礎設施就需要新的資源管理機制，多樣化、領域化、個性化的管理資源需求就出現了，比如說我們規模化的資源整合，巨型虛擬機的巨型資源設備，包括現在新的NVM，各種各樣新的設備，GPU，還有各種微型化的東西，比如說攝像頭，包括手機上的感測器等等，這些東西要實現統一的管理都需要透過軟體構建API的方式實現虛擬化。

完成這些以後，在這個環境下我們就實現軟體定義，把對在的資源虛擬化，通過雲和端的海量異構硬體資源進行全面虛擬化，所有資源在抽象層次上趨於一致，這就是我們面臨的很大的挑戰，這樣的操作系統很大，怎麼把它管理起來。我們在過程中間，同樣軟體定義還面臨其他的挑戰，比如說結構的問題，怎麼確定受管元素的合理粒度併合理、安全地開放API，怎麼界定軟硬體的功能分配，並實現組裝配置的相關元素。

第二是安全性問題，軟體定義本質上是對原來緊密不可分割的硬體進行軟化，因此說由於這種東西帶來開放性、靈活性的同時，就有可能帶來安全的漏洞，特別對工業來講就極為重要。

第三質量問題，由於軟體定義在已有資源上加上一個操控的虛擬層，怎麼樣能夠平衡管理靈活性和虛擬化之後的性能損耗？怎麼降低軟體實現的複雜性和故障率，能有效定位到你的故障。

還有互操作性問題，大量的廠商提供的同類異構設備，很多設備需要編到一起。

進一步看，軟體定義設施，可能目標也在變化，過去我們的方式，已有的硬體構造一個軟體平台，支撐上面不同的應用，一旦發生硬體的變化，那我上面的平台，我上面的應用都需要進行相應的調整，是軟體跟著硬體走，有沒有可能產生一種新的變化，軟體和應用能不能不變，硬體設施發生變化，也就說軟體平台具有預測和管理未來硬體資源的能力，我們從硬體為核心轉到以平台為中心呢？透過深度定製的方式來解決這個。現在我們可以看到這種方式還是可以探討已經有人在嘗試，美國DARPA2015年啟動一個BRASS項目，構建這樣一個基礎設施就希望適應下面各種變化，硬體變化不影響軟體平台和上面的應用，我以為這也是軟體基礎設施化的一個重要的標誌。

更進一步的趨勢，從軟體定義，僅僅對硬體資源的虛擬化正在走向對全棧軟體資源的軟體定義，有沒有可能對軟的、對數據的、應用的，也實現新軟體定義，我們可以看到這種趨勢。比如說泛化智慧城市，智慧城市操作系統通過軟體定義手段實現城市各類信息、物理基礎設施的開放共享和智能化的互聯互通。

第二個例子數字的開放共享，這是我們國家現在講的主題，大數據行動發展綱要有一個今年構建數據目錄，明年統一共享，大家可以看到大數據信息孤島阻礙了數據開放共享，已經形成一個基本的共識，就是不願意、不敢、不容易，涉及到很多方面的因素，成本很高，怎麼能夠構建這麼一個東西，所以我們也提出了一種軟體定義的方案，透過一種自適應的數據匯流排，加上系統的智能識配，對已有的應用系統，把它的數據互聯互通搭起來。

前期做過一些嘗試，比如上個月，我們在貴陽發布了一個結果，用了一個月時間把整個貴陽市的五十多家單位的三百多個系統的兩千多個功能進行了梳理，形成一千多個活化的數據目錄質量，用了一個月時間，實現了貴陽市政府數據資源的全量的活化，而這項工作是在沒有原來系統廠商的支持，沒有資料庫的開放，也缺乏數據支點的前提下，用一種智能學習的方式來完成的。

這一步大家談的人工智慧需不需要軟體定義，人工智慧現在正是數據驅動的演算法智能階段，軟體平台怎麼幫助人工智慧應用支撐並允許它的深度定製。進一步說，我們能不能面向智能應用構建所謂的操作系統呢？咱們可以看到，現在一些智能的框架已經開始嘗試這麼一個路，共性凝練沉澱。

在這麼一個時代，我把它稱之為軟體定義的時代，基本的目標就是萬物皆可互聯，一切均可編程。這個時代還有多遠？可能需要我們學術界、產業界各方面共同的努力，打造未來世界的泛在的、可編程的、按需使用信息基礎設施。謝謝大家！預祝我們的會議圓滿成功！

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