发射、加速与着陆：一群科学家的奥林帕斯探索之旅_风闻
脑极体-脑极体官方账号-从技术协同到产业革命，从智能密钥到已知尽头2021-12-26 18:59
有一个关于科学的基本分类，世界上有“已知的已知事物”，即我们知道自己已经了解的事物，比如万有引力；有“未知的未知事物”，也就是那些我们不知道自己是否了解的事物，比如暗物质。还有一种是“已知的未知事物”，即那些我们知道自己尚未了解的事物，比如存储。
石头、绳结、纸张、打孔卡、磁盘、硬盘、闪存……时代的发展不断推动着人类开发和应用更多更先进的数据存储技术。随着数字经济的加速到来，传统存储受限于介质、架构、协议等因素，越来越无法满足业务需求。
从这个角度看，数据存储是现代社会不可或缺的底层基座，也是充满了大量未知的已知事物。
探索未知，科学家们独善战场。
我们知道，科研工作者的首要特质，就是拥有“第一性原理”思维，能够从最基础、最本质的角度去认知事物，大刀阔斧地破解现有的假设，跨越技术的边界，开辟出一条新的路径。
那么，科学家们都在挑战哪些数字文明的未知难题呢？
2019年，华为在数据基础设施领域设立了“奥林帕斯”奖，以一座地球之外、太阳系最高的火山命名，也寓意着这是一个雄心壮志的远征，一项前所未有的使命，需要全球科学家，想象那些无法想象的绝对领域，解决那些无法解决的技术难题。
既然是飞向太阳系巅峰的传奇故事，2021奥林帕斯悬红的揭晓，重点当然不仅仅是荣誉和奖金，而是这些科学家们在攀登奥林帕斯的过程中，都挑战了哪些“不可能”。
我们不妨将这场攀登，想象成一次飞向深空的探索之旅，从背后读到科学家们对存储技术的认知，改变世界的能力，以及点亮数字文明的勇气与毅力。
发射：直面创新的不确定性
就像火箭出发一样，“发射”的起点是点燃科学家的突破性思维，将技术方向的不确定性转化为自己的创造力。正如叔本华所说的那样，能者达人所不达，智者达人所未见，科学家就是要想象无人见过的风景，挑战前所未决的难题。
而存储领域的三大趋势，决定了必须有人率先奔赴“无人区”。
一是数据爆发式增长。数字生活使得个人、企业、社会等时时刻刻产生大量的数据，数据规模变得非常庞大，《IDC：2025年中国将拥有全球最大的数据圈》研究表明，2025年中国新增数据量将达到48.6ZB，年平均增长率为30%。
三是数据挖掘与智能应用。人工智能应用的普及，需要对数据进行实时挖掘、分析、处理，资源的即时使用和释放，对存储技术提出了新的挑战。
这些新场景、新需求的驱动下，数据存储技术必须向前演进。而基础领域的突破，尤其需要科学家们参与其中。
为了激励全球创新智慧，华为在2019年设置了“奥林帕斯奖”，聚焦于数据存储的“未知领域”。第一届聚焦于“自动驾驶”的数据全生命周期治理，以及每比特极致性价比的数据存储。2020年，两大难题方向也随着产业需求和社会发展而变化，一个是构建每bit极致性价比的数据存储，鼓励全球科学家不断革新存储软硬件系统；另一个则是下一代存储产业根技术突破，希望有志之士能够在新型存储介质、压缩算法等数据存储领域的关键根技术上进行探索。
接下来，我们就一起踏上旅程，看一看过去一年里，这群全球科学家是如何与不确定性共舞，领航数字文明。
加速：在2021，见证不可能化为可能
奥林帕斯两大赛题确定之后，就是全球科学家们付诸创意与行动，探寻解决之道了。
从本届奥林帕斯奖来看，一共收到了来自全球25个团队共97名学者的参赛项目申请，产出了1个奥林帕斯奖和3个奥林帕斯先锋奖。
这些原创性突破，从多个领域摆脱“路径依赖”，在存储介质、存储架构、存储协议、应用模式等方面迭代创新，展现出创新的“加速度”：
1.中国科学院微电子研究所的刘明院士团队，突破了先进节点嵌入式阻变存储器关键技术，获得了2021奥林帕斯先锋奖。
阻变存储器是发展下一代颠覆性计算新范式的基础器件之一，许多新技术都需要基础的科学问题和关键技术难题的不断突破。刘明院士团队系统解决了RRAM在物理机理、性能优化、大规模集成和芯片设计中的关键挑战，研制出国际领先的28nm和14nmRRAM嵌入式存储芯片，实现了RRAM从器件、集成到IP应用的全栈解决方案。
在颁奖典礼现场，团队成员许晓欣也分享了研究过程，尤其是揭示普遍行为背后物理机制和发展有效的手段，以及实验室原型技术产业化过程中的工程难题上，最终在整个团队的不懈努力和国内企业界的大力支持下，推动了我国新型存储技术的发展。
不同存储介质适用于不同的数据结构和应用场景，是存储领域的底层技术之一。由相变材料构成的相变存储器，在大数据中心、通信基站、手机电脑等都有着应用前景。
宋志棠教授团队首次提出阴、阳离子八面体基元是相变材料纳秒级可逆相变的基本单元，开发出世界上首个用于三维集成的Te开关阵列，同时自主研发12英寸151道PCM非标工艺，实现了128MbPCM成套工艺与产品商用，推动技术成果转化成高性价比产品，满足市场需求。这一研究成果，获得了2021奥林帕斯先锋奖。
3.中山大学的卢宇彤教授团队，研发了大规模可扩展并行文件系统Kapok，获得2021奥林帕斯先锋奖。
突破异构存储的并行文件系统架构、分布元数据管理、并发访问等关键技术，可以支持海量数据高效管理和快速访问，实现高并发、低延迟，也是首个可以支持万亿级的文件，亿B级数据的并行文件系统，达到世界领先水平。
目前，该系统已经在国家级超算中心部署使用，支撑大气海洋、能源材料、生物医药等多领域、多模式的应用。
4.清华大学郑纬民院士团队，也凭借高可靠高性能分布式存储系统关键技术，获得本届奥林帕斯的百万悬红大奖。
具体来说，通过大规模纠删码技术、高速RDMA网络、数据块和元数据全分散机制、内核旁路等技术，提高数据的可靠性，降低数据存储容量，进而实现了高性能的数据服务。
我们知道，数据已经成为个人、企业、政府的重要“资产”，数据丢失、泄露、误删带来的损失不可估量。如何更有效地对大型数据存储系统中的数据进行保护，成为数据可靠性保证技术的研究热点与难点。科幻小说《三体》中，科学家们最终找到的永久保留人类文明的方式，是将历史都刻到石头上，可靠与便捷真的无法并存吗？郑纬民院士团队的工作，正是让数据能够安心地存放更长久，同时通过数据访问的旁路技术、全分散的存储技术等，让人类可以更快速地挖掘数据价值。
团队研发的分布式存储系统在IO500榜单中连续三次蝉联总榜第一名和10节点榜单第一名，可谓是实至名归。
这些存储领域的科学家们，在奥林帕斯的赛道上，不断逾越技术障碍，驶出了创新加速度。
借助奥林帕斯奖这扇“窗户”，我们也可以一窥伟大而神秘的科学探索征程，感受到改变世界的力量。
着陆：奔向下一次未知
当然，2021奥林帕斯奖项揭晓，是一次阶段性的成功着陆，并不是科研的终点。
以奥林帕斯为契机，我们也得以思考存储领域接下来的发展之路。目前已经明晰的方向是：
1.科学的延展。
在加速到来的数字经济面前，只有科技的持续突破，才能始终保持领先。存储领域的新难题、新需求也在不断产生，比如双碳战略的发布，需要学术界通过软硬协同的创新方式，面向未来多样化的智能数据应用，实现数据中心整体应用效率大幅度的提升，数据中心的能耗能够大幅度的下降。
因此，华为也将“极致能效比的超融合数据基础设施”，列入了2022年奥林帕斯的难题悬红，周跃峰博士表示：双碳目标与全人类的命运攸关，明年悬红大奖朝向这个方向探索。
此外，“构建每bit极致性价比的数据存储”，是数字经济能够可持续高速发展的前提和基础，无法毕其功于一役，2022年奥林帕斯的难题二则延续了这一方向，定为“每bit极致性价比的下一代存储”，等待着全球科学家们的冲锋。
存储作为底层技术，需要长期投入。宋志棠教授的团队在相变存储器领域一扎根就是二十年，与国内最大的芯片制造公司合作了15年，刘明院士团队也是十年磨一剑。所以，存储领域也十分需要能够长期同行的伙伴，有力的资源支持与精神鼓励。
一直以来，华为也将科学家与科学精神放到了心里、落到了行动。在存储领域持续投入，与超过25所国内高校、30所海外高校建立了合作关系。2019年开始，专门设置了奥林帕斯大奖，激励全球科研工作者一起来解决存储领域的世界性难题。2020年，与莫斯科国立大学携手举办了全球数据压缩大赛，推动了数据压缩领域的创新。目前，2022年奥林帕斯奖的两大赛题也已经公布。
产研融合的人才培养模式，让科学家们的科研之路不再孤独，提供源源不断地精神动能，助力存储技术的突破、中国存储产业加速发展。
刘明院士曾在分享存储器技术发展态势时提到，没有商业模式，技术创新无用武之地；没有核心技术，商业模式创新难以持续。
据IDC的预测，2020-2024年中国企业级存储市场将保持7.16%的年复合增长率，到2024年中国企业级存储市场空间将达到65.9亿美元。产业需求推动并反哺存储技术及产品的升级，让商业与研发进入良性循环，也是存储领域的重要趋势。
所以，奥林帕斯奖的评选标准，坚持从成果的技术价值和商业价值两方面进行考量，一方面鼓励科学家勇攀技术高峰，同时考量成果是否具备转化和应用价值，发展前景和扩展潜力如何，是否具备潜在的社会或经济效益。
华为在存储市场上，以技术突破占据先机，以创新引领数据产业发展，市场占有率一路高歌猛进的实践，也证明了，科技创新将创造出最具潜力的价值。
勇气在于，科学是一场前无古人的漫长旅行，爱因斯坦曾形容自己的科学发现过程：在黑暗中摸索真理，强烈的愿望、自信和疑虑反复交替，直到打破僵局，科学的真相水落石出，只有亲身经历过这一切的人才知道是什么感觉。
浪漫在于，地球上的每一个生物都带有宇宙大爆炸的痕迹，正如罗马诗人卢克莱修所写的那样：“我们都孕育自天上的种子”，一群科学家们在地球、在基础科学领域仰望奥林帕斯的时刻，也是人类文明之美爆发的瞬间。
我们期待着下一届奥林帕斯，在时代变局中、在存储世界里，继续冲击技术的上限。
伟大的戏码继续上演，而你或可贡献一行诗句，一首新诗，甚至一个全新的故事。