理論結(jié)合應(yīng)用 堅(jiān)持成就夢(mèng)想
——記歐洲信息與數(shù)學(xué)研究會(huì)ERCIM Alain Bensoussan學(xué)者、西安交通大學(xué)計(jì)算機(jī)系副系主任胡成臣

本刊記者　杜月嬌

理論結(jié)合應(yīng)用 堅(jiān)持成就夢(mèng)想
——記歐洲信息與數(shù)學(xué)研究會(huì)ERCIM Alain Bensoussan學(xué)者、西安交通大學(xué)計(jì)算機(jī)系副系主任胡成臣

本刊記者杜月嬌

在SDN與開放網(wǎng)絡(luò)高峰會(huì)議上發(fā)言

1946年2月14日，世界上第一臺(tái)電腦ENIAC在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生；1969年，美國(guó)高級(jí)研究計(jì)劃署組織研制出第一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)ARPANET。網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)比計(jì)算機(jī)整整晚了23年。然而，在此后的近半個(gè)世紀(jì)里，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了超乎想象的高速發(fā)展，從寬帶網(wǎng)絡(luò)走進(jìn)千家萬(wàn)戶到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃興起，再到如今的“互聯(lián)網(wǎng)+”，網(wǎng)絡(luò)所扮演的角色愈發(fā)不可替代。伴著時(shí)代的凱歌，胡成臣正一步步成長(zhǎng)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)領(lǐng)域的青年翹楚。

初出茅廬，參與研發(fā)我國(guó)首枚網(wǎng)絡(luò)處理器

1999年，胡成臣18歲，夢(mèng)想著成為建筑師，由于高考的機(jī)緣巧合讓他進(jìn)入西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化系學(xué)習(xí)，開始接觸IT領(lǐng)域的知識(shí)?！按髮W(xué)生活很豐富，那么多的社團(tuán)，那么多的新鮮知識(shí)，原來(lái)自己有如此多不知道的東西”，于是他開始穿插于學(xué)習(xí)、競(jìng)賽、社會(huì)工作和文體活動(dòng)之間，盡管辛苦但是無(wú)比充實(shí)。后來(lái)，面臨專業(yè)分流，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)感興趣的胡成臣最終選擇了“網(wǎng)絡(luò)安全”這個(gè)新專業(yè)。畢業(yè)那年，全國(guó)有7個(gè)本科畢業(yè)生從外校保送至清華大學(xué)本部計(jì)算機(jī)系直接攻讀博士學(xué)位，胡成臣的名字赫然出現(xiàn)在了名單之上。

博士期間，胡成臣的研究是一番別開的景象。在導(dǎo)師劉斌教授的帶領(lǐng)下，他有幸作為第4完成人參與了中國(guó)首枚網(wǎng)絡(luò)處理器芯片原型的設(shè)計(jì)研發(fā)工作?！澳鞘菑?003年開始，當(dāng)時(shí)有二三十人參與了研發(fā)，我作為兩個(gè)學(xué)生組長(zhǎng)之一往前推進(jìn)了相當(dāng)部分的工作”。什么是網(wǎng)絡(luò)處理器？根據(jù)國(guó)際網(wǎng)絡(luò)處理器會(huì)議的定義：網(wǎng)絡(luò)處理器是一種可編程器件，它特定的應(yīng)用于通信領(lǐng)域的各種任務(wù)，比如包處理、協(xié)議分析、路由查找、聲音/數(shù)據(jù)的匯聚、防火墻、QoS等?！熬W(wǎng)絡(luò)處理器之于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，相當(dāng)于CPU之于計(jì)算機(jī)”，胡成臣解釋道。

在此之前，國(guó)內(nèi)還從未有過(guò)網(wǎng)絡(luò)處理器，“我們之前有網(wǎng)絡(luò)大型設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，就想能不能在網(wǎng)絡(luò)處理器上有所突破？”在前輩積累的基礎(chǔ)上，胡成臣在團(tuán)隊(duì)里刻苦鉆研，終于堅(jiān)持到了成功。2015年年底，我國(guó)首枚網(wǎng)絡(luò)處理器芯片原型亮相于眾。它的問(wèn)世無(wú)疑具有跨時(shí)代的意義，因?yàn)檫@是一枚貼有我國(guó)自主研發(fā)標(biāo)簽的網(wǎng)絡(luò)處理器，其鑒定意見為“整體技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，部分關(guān)鍵技術(shù)居于國(guó)際先進(jìn)水平”。

入木三分，自主設(shè)計(jì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)

胡成臣的工作經(jīng)歷就像他腦海中的各種想法一樣豐富而多彩。他先后在上海高智科技公司、Intel中國(guó)研究院實(shí)習(xí)，后又赴美國(guó)西北大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者。2008年，見識(shí)過(guò)外面世界精彩的胡成臣回到清華取得博士學(xué)位，并榮獲了清華大學(xué)優(yōu)秀博士畢業(yè)生稱號(hào)和優(yōu)秀博士論文。畢業(yè)后，他先在清華大學(xué)任助理研究員，后在2010年平安夜加入了西安交通大學(xué)，此后他又入選微軟Star-track學(xué)者和歐洲信息與數(shù)學(xué)研究會(huì)ERCIM Alain Bensoussan學(xué)者，在微軟亞洲研究院和挪威科技大學(xué)分別進(jìn)行了半年和1年的學(xué)術(shù)訪問(wèn)。

幾段經(jīng)歷下來(lái)，胡成臣的收獲頗多，其中最直接的便是影響了他此后的研究思路?！安还庾隼碚?，我還希望能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，若理論真能反饋到生活，促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展，就會(huì)更有成就感。”胡成臣的研究可以說(shuō)是結(jié)合了理論和應(yīng)用兩個(gè)方面，他常常會(huì)從應(yīng)用中找問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)一些亟待解決的瓶頸技術(shù)點(diǎn)，再?gòu)睦碚撋蠈で笸黄疲瑥亩鉀Q問(wèn)題。然而，這絕不僅是簡(jiǎn)單的紙上談兵，“最關(guān)鍵的是最后要建立出一個(gè)真正的系統(tǒng)。”

全可編程軟件定義網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（ONetSwitch）就是胡成臣在該思想驅(qū)動(dòng)下取得的一項(xiàng)重大突破。后來(lái)，他所在的西安交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)作為包括斯坦福大學(xué)、伯克利大學(xué)、麻省理工學(xué)院在內(nèi)的11所院校團(tuán)隊(duì)之一，受邀在Xilinx 30周年慶典上展現(xiàn)ONetSwitch的研究成果。

說(shuō)起軟件定義網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)背景，還要追溯到計(jì)算機(jī)剛剛投入商業(yè)使用的時(shí)期。胡成臣講述了一個(gè)有趣的現(xiàn)象，“那時(shí)如果銀行需要做數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，IBM就會(huì)賣給他一臺(tái)機(jī)器，做web應(yīng)用，又會(huì)賣一臺(tái)機(jī)器，也就是說(shuō)每做一個(gè)應(yīng)用就會(huì)賣一臺(tái)機(jī)器，這在現(xiàn)在看來(lái)，是件很可笑的事情，因?yàn)橹恍枰慌_(tái)計(jì)算機(jī)，裝若干軟件不就可以了？”

然而，網(wǎng)絡(luò)就和幾十年的計(jì)算機(jī)一樣，組成網(wǎng)絡(luò)的路由器、交換機(jī)、防火墻等都是一個(gè)個(gè)封閉的設(shè)備，因此“在設(shè)備上做功能的改造是不可能的”。于是，斯坦福大學(xué)在2006年最早提出了“軟件定義網(wǎng)絡(luò)”概念。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果將網(wǎng)絡(luò)中所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備視為被管理的資源，那么參考操作系統(tǒng)的原理，可以抽象出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的概念。基于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)平臺(tái)，用戶可以開發(fā)各種應(yīng)用程序，通過(guò)軟件來(lái)定義邏輯上的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，以滿足對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的不同需求，而無(wú)需關(guān)心底層網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2011年起，胡成臣帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)展開攻關(guān)，功夫不負(fù)有心人，他們最終設(shè)計(jì)并完成原型實(shí)現(xiàn)的軟件定義網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)——ONetSwitch?！斑@是我們自主研發(fā)的交換機(jī)原型，軟件和硬件都開發(fā)出來(lái)了，現(xiàn)在供應(yīng)給學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究所使用，他們可以基于我們這套設(shè)備設(shè)計(jì)新網(wǎng)絡(luò)、驗(yàn)證新功能”，話語(yǔ)間胡成臣洋溢起欣慰的笑容。更為自豪的是，斯坦福大學(xué)所提出的軟件定義網(wǎng)絡(luò)只是在控制器以上的層次上進(jìn)行了開放，而胡成臣所構(gòu)建的系統(tǒng)則在交換機(jī)的數(shù)據(jù)平面上也做了開放。

ONetSwitch目前已在美國(guó)的kickstarter上眾籌成功。在其設(shè)計(jì)開源后，由于其高度靈活性，得到了國(guó)際上多個(gè)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，推出不到兩年的時(shí)間就在美國(guó)、歐洲和中國(guó)部署了400多臺(tái)，可幫助高校和研究所快速地驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前ONetSwitch的使用單位包括美國(guó)西北大學(xué)、德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、華為2012實(shí)驗(yàn)和國(guó)家電網(wǎng)等?！拔磥?lái)，我們計(jì)劃將ONetSwitch驗(yàn)證平臺(tái)做到云端，并把不同國(guó)家和單位的設(shè)備互聯(lián)共通起來(lái)，建立起一個(gè)全球范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)性網(wǎng)絡(luò)”，胡成臣沒有止步于眼前的成功，而是希望將ONetSwitch再向前推進(jìn)一步，想法正在構(gòu)思中。

Xilinx高級(jí)總監(jiān)Patrick Lysaght在“世界級(jí)”項(xiàng)目OpenHW13中發(fā)言提到ONetSwitch

任重道遠(yuǎn)，未來(lái)路在腳下

2016年，是胡成臣加盟西安交通大學(xué)第6個(gè)年頭了。他和夫人都來(lái)自江南，可他卻拒絕了清華大學(xué)和家鄉(xiāng)杭州浙江大學(xué)的offer，最終選擇西行陜西，胡成臣的理由很簡(jiǎn)單，“年輕的時(shí)候選擇做些事情”。在西交大，他依托于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)研究所和智能網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室展開工作，那里有他需要的先進(jìn)設(shè)備，更重要的是學(xué)校為年輕人提供了寬松的科研環(huán)境，“西交大的科研環(huán)境非常好，有很大的自主權(quán)可以選擇自己研究的方向”。多年來(lái)，他承擔(dān)和參與國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目多項(xiàng)，累計(jì)發(fā)表或錄用論文70余篇，入選教育部“新世紀(jì)人才計(jì)劃”，獲HotData 2014最佳論文獎(jiǎng)、2014中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。

目前，胡成臣的研究主要聚焦在軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)流量大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析。“以前的大數(shù)據(jù)處理模型和框架是針對(duì)離線的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，我們現(xiàn)在提出了一個(gè)在線處理框架”，2016年1月份，《IEEE Networks》對(duì)他們已取得的研究成果做了相關(guān)介紹。

曾經(jīng)有數(shù)份來(lái)自企業(yè)待遇相當(dāng)優(yōu)厚的工作機(jī)會(huì)擺在胡成臣的面前，他也曾心動(dòng)，但想想自己的理想，還是選擇了繼續(xù)堅(jiān)持做下去，“做科研最重要的一點(diǎn)是堅(jiān)持，不僅要耐得住寂寞，還得經(jīng)得起誘惑；其次還要打開眼界，站在一個(gè)國(guó)際的視角做研究，注重和國(guó)際、國(guó)內(nèi)同行的交流，不能整天在實(shí)驗(yàn)室里閉門造車和應(yīng)付考核指標(biāo)”。胡成臣很清楚未來(lái)該走向何方，也看到腳下實(shí)實(shí)在在的路，他會(huì)堅(jiān)定不移的一直走下去，志在創(chuàng)造出更多具有國(guó)際影響的新成果。